太阳能小屋优化设计：光伏电池铺设与效益分析

"2012国赛b题一等奖论文——大同市太阳能小屋设计方案" 这篇论文详细探讨了如何为山西省大同市设计一个高效的太阳能小屋，主要关注光伏电池的铺设策略、外形设计以及经济效益的最大化。作者将问题分为三个关键部分进行研究： 1. 光伏电池的铺设方案：首先，论文通过等效方法分析了不同类型光伏电池在不同表面的效益，选择了效益最高的电池种类。接着，采用贪心算法优化覆盖方案，确保全局最优而非局部最优，并根据电压和功率匹配原则及逆变器价格和效率，制定了组件连接方式。通过MATLAB模拟，该方案预计年发电量为83.1万度，成本回收期为15.6年，净利润达19.2万元，单位电成本0.269元。 2. 太阳能接收角度优化：论文建立了非线性规划模型，探讨了倾角、方位角和电池间距对太阳能辐射强度的影响。通过对单块电池和电池阵列的分析，得出最佳倾角，用于改进屋顶的铺设方案。优化后的方案发电量增加4.2%，成本回收期缩短1.6%，净利润提升5.82%，电成本降低1.34%。 3. 屋顶建筑设计：基于前两部分的分析，论文利用非线性规划模型确定了最佳方位角和倾角，为房屋朝向和屋顶尺寸提供依据。通过单目标优化模型，确定了屋顶和房屋的整体尺寸，再次优化电池板布局。新方案的总发电量达到154万度，成本回收期缩短至12.3年，净利润升至47.6万，电成本降至0.191元。 这篇论文展示了如何综合运用数学建模、计算机模拟和工程优化方法来设计和优化太阳能小屋，旨在提高能源效率和经济效益，同时为可持续发展提供了实际案例。其研究方法和结果对于其他类似项目的规划和实施具有重要的参考价值。