高教社杯_太陽(yáng)能小屋的設(shè)計(jì)

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1、高教社杯全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽承諾書(shū)我們仔細(xì)閱讀了中國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的競(jìng)賽規(guī)則.我們完全明白，在競(jìng)賽開(kāi)始后參賽隊(duì)員不能以任何方式（包括電話、電子郵件、網(wǎng)上咨詢等）與隊(duì)外的任何人（包括指導(dǎo)教師）研究、討論與賽題有關(guān)的問(wèn)題。我們知道，抄襲別人的成果是違反競(jìng)賽規(guī)則的,如果引用別人的成果或其他公開(kāi)的資料（包括網(wǎng)上查到的資料），必須按照規(guī)定的參考文獻(xiàn)的表述方式在正文引用處和參考文獻(xiàn)中明確列出。我們鄭重承諾，嚴(yán)格遵守競(jìng)賽規(guī)則，以保證競(jìng)賽的公正、公平性。如有違反競(jìng)賽規(guī)則的行為，我們將受到嚴(yán)肅處理。我們授權(quán)全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽組委會(huì)

2、，可將我們的論文以任何形式進(jìn)行公開(kāi)展示（包括進(jìn)行網(wǎng)上公示，在書(shū)籍、期刊和其他媒體進(jìn)行正式或非正式發(fā)表等）。我們參賽選擇的題號(hào)是（從A/B/C/D中選擇一項(xiàng)填寫(xiě)）：B我們的參賽報(bào)名號(hào)為（如果賽區(qū)設(shè)置報(bào)名號(hào)的話）：所屬學(xué)校（請(qǐng)?zhí)顚?xiě)完整的全名）：參賽隊(duì)員(打印并簽名)：1.2.3.指導(dǎo)教師或指導(dǎo)教師組負(fù)責(zé)人(打印并簽名)：日期：2012年9月10日賽區(qū)評(píng)閱編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)）：2012高教社杯全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽編號(hào)專(zhuān)用頁(yè)賽區(qū)評(píng)閱編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)）：賽區(qū)評(píng)閱記錄（可供賽區(qū)評(píng)閱時(shí)使用）：評(píng)閱人評(píng)分備

3、注全國(guó)統(tǒng)一編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)送交全國(guó)前編號(hào)）：全國(guó)評(píng)閱編號(hào)（由全國(guó)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)）：太陽(yáng)能小屋的設(shè)計(jì)摘要本文針對(duì)不同情況下的太陽(yáng)能小屋的光伏電池鋪設(shè)問(wèn)題，要求光伏電池的鋪設(shè)要兼顧發(fā)電總量盡量大，單位發(fā)電量的費(fèi)用盡量小。對(duì)于此多目標(biāo)規(guī)劃問(wèn)題，這里轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問(wèn)題求解，建立以最大利潤(rùn)為目標(biāo)函數(shù)的單目標(biāo)規(guī)劃模型，解決了電池板鋪設(shè)和逆變器的選取問(wèn)題，并對(duì)模型的結(jié)果進(jìn)行了合理性分析和討論。針對(duì)問(wèn)題1，采用貼附安裝方式，考慮到太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、光線入射角、環(huán)境、建筑物所處的地理緯度、地區(qū)的氣候與氣象等條件的影響，建立模型求解得到最優(yōu)

4、的鋪設(shè)方案。結(jié)果表明如果小屋外表面全鋪設(shè)光伏電池，只有屋頂是盈利的，而且盈利較多，其他墻面均不盈利。并且在全鋪的情況下，35年壽命期內(nèi)的發(fā)電總量最大為.2KWh，單位發(fā)電量的最小費(fèi)用為0.38元/KMh,可獲最大利潤(rùn)為66814.7元，投資的回收年限是26年。如果選擇只在屋頂鋪設(shè)，則35年壽命期內(nèi)的發(fā)電總量最大為.47KWh，單位發(fā)電量的最小費(fèi)用為0.34元/KMh,可獲得的最大利潤(rùn)為75785.24元，投資的回收年限為23年，所以選擇只在屋頂鋪設(shè)比全部鋪設(shè)效益好。針對(duì)問(wèn)題2，采用了架空安裝方式，得到當(dāng)光伏電池的傾角為，轉(zhuǎn)

5、向角為向西時(shí)，電池對(duì)太陽(yáng)能輻射量的利用率最大。在此基礎(chǔ)上，只考慮屋頂、南面墻及西面墻的鋪設(shè)，得到35年壽命期內(nèi)的發(fā)電總量為.2KWh，單位發(fā)電量的費(fèi)用為0.32元/KMh，可獲利.7元，投資回報(bào)年限為22年。針對(duì)問(wèn)題3，根據(jù)問(wèn)題2，結(jié)合小屋的建筑要求設(shè)計(jì)出小屋外形，見(jiàn)圖6。設(shè)定屋頂?shù)膬A斜角為，朝向?yàn)橄蛭?，光伏電池平鋪，同樣只考慮屋頂、南面墻及西面墻的鋪設(shè)，得到35年壽命期內(nèi)的最大發(fā)電總量為.9KWh，單位發(fā)電量的費(fèi)用為0.32元/KMh，可獲利潤(rùn)為.65元，投資的回報(bào)年限為22年。本文最大的亮點(diǎn)是將多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問(wèn)

6、題，并且在問(wèn)題1中首先考慮全鋪設(shè)的情況下，計(jì)算出四個(gè)墻面均虧損，從而合理的選擇性鋪設(shè)，為后面的計(jì)算提供方案。關(guān)鍵詞：0-1規(guī)劃；單目標(biāo)規(guī)劃；太陽(yáng)能小屋；傾斜角281.問(wèn)題重述在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能小屋時(shí)，需在建筑物外表面（屋頂及外墻）鋪設(shè)光伏電池，光伏電池組件所產(chǎn)生的直流電需要經(jīng)過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成220V交流電才能供家庭使用，并將剩余電量輸入電網(wǎng)。不同種類(lèi)的光伏電池每峰瓦的價(jià)格差別很大，且每峰瓦的實(shí)際發(fā)電效率或發(fā)電量還受諸多因素的影響。因此，在太陽(yáng)能小屋的設(shè)計(jì)中，研究光伏電池在小屋外表面的優(yōu)化鋪設(shè)是很重要的問(wèn)題。針對(duì)以下三個(gè)問(wèn)題，分別給

7、出小屋外表面光伏電池的鋪設(shè)方案，使小屋的全年太陽(yáng)能光伏發(fā)電總量盡可能大，而單位發(fā)電量的費(fèi)用盡可能小，并計(jì)算出小屋光伏電池35年壽命期內(nèi)的發(fā)電總量、經(jīng)濟(jì)效益（當(dāng)前民用電價(jià)按0.5元/kWh計(jì)算）及投資的回收年限。在求解每個(gè)問(wèn)題時(shí)，都要配有圖示，給出電池組件鋪設(shè)分組陣列圖形及組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖和電池組件分組陣列容量及選配逆變器規(guī)格列表。在同一表面采用兩種或兩種以上類(lèi)型的光伏電池組件時(shí)，同一型號(hào)的電池板可串聯(lián)，不同型號(hào)的不可串聯(lián)。在不同表面上，不能進(jìn)行串、并聯(lián)連接。應(yīng)注意分組連接方式及逆變器的選配。問(wèn)題1：請(qǐng)根據(jù)山西

8、省大同市的氣象數(shù)據(jù)，僅考慮貼附安裝方式，選定光伏電池組件，對(duì)小屋的部分外表面進(jìn)行鋪設(shè)，并根據(jù)電池組件分組數(shù)量和容量，選配相應(yīng)的逆變器的容量和數(shù)量。問(wèn)題2：電池板的朝向與傾角均會(huì)影響到光伏電池的工作效率，請(qǐng)選擇架空方式安裝光伏電池，重新考慮問(wèn)題1。問(wèn)題3：根據(jù)給出的小屋建筑要求，重新設(shè)計(jì)一個(gè)小屋，并畫(huà)出小