本文章主要阅读评价 B017、B077、B149三组优秀论文。

问题描述

在设计太阳能小屋时，需在建筑物外表面及屋顶铺设光伏电池组件，电池组件所产生的直流电需要经过逆变器转化成 220V 交流电才能供家庭使用，并将剩余电量输入电网。

不同种类的光伏电池每峰瓦的价格差别很大，且每峰瓦的实际发电效率或发电量还受诸多因素的影响，在太阳能小屋的设计中，研究光伏电池在小屋外表面的优化铺设是很重要的问题。

题目中给出了大同市一年的气象数据和一座标明了建筑尺寸的小屋以及房屋的建筑标准，还给出的电池组件以及逆变器的选择要求。要求给出小屋外表面光伏电池的铺设方案，使小屋的全年太阳能光伏发电总量尽可能大，而单位发电量的费用尽可能小，并计算出小屋光伏电池 35 年寿命期内的发电总量、经济效益（当前民用电价按 0.5 元/千瓦时计算）及投资的回收年限。

根据以上信息，完成下列问题：

问题 1：请根据山西省大同市的气象数据，仅考虑贴附安装方式，选定光伏电池组件，对小屋的部分外表面进行铺设，并根据电池组件分组数量和容量，选配相应的逆变器的容量和数量。

问题 2：电池板的朝向与倾角均会影响到光伏电池的工作效率，请选择架空方式安装光伏电池，重新考虑问题 1。

问题 3：根据给出的小屋建筑要求，请为大同市重新设计一个小屋，要求画出小屋的外形图，并对所设计小屋的外表面优化铺设光伏电池，给出铺设及分组连接方式，选配逆变器，计算相应结果。

阅读分析

方法与步骤

B017

该组论文通过查询相关文献，利用直散分离原理计算倾斜面上的太阳辐射总量，于是根据问题设计多目标规划模型，并通过 总利润 作为中间量将多目标问题转化为单目标问题进行求解。

不仅如此，该论文还引入了 隔离筛选 的思想，通过论证小屋的各个表面的电池铺设基本没有大影响之后，为简化问题将不同表面作为单独的问题进行分析和求解。

此外，为了求解该规划问题，该小组采用了 优先级排序 的方式进行处理，将问题归结为 矩形毛料无约束二维剪切排样问题，并通过递归算法求解。

对于问题二，该论文是通过插值的方式进行函数拟合得到最佳倾角和朝向，然后再合理假设架空电池元件的支点覆盖问题，最后得出答案。

对于问题三，该论文利用上述两问的结论和AutoCAD和SketchUp等软件设计小屋如下：

小屋3D示意图

B077

该组论文与B017类似地，也是通过查阅资料得出可以采用Klient和Theilacher提出的倾斜面辐射量计算模型以及 Hay提出的天空散射各向异性模型进行处理；同时，通过定义 性价比 这个中间量来解决多目标规划问题的复杂，转化为了单目标问题。B077论文不同的是，还对各个墙面进行了比较细致的分类讨论，细化了规划过程中的各个特殊情况，值得借鉴。

对于问题二，该组论文直接以步长0.1进行遍历搜索从而得出可以接受的最佳倾角，对于数据量不大的该问题来说，也不失为一种好方法。

对于问题三，改组论文根据问题描述，在之前的基础上设计小屋长宽高等属性的规划模型，给出了较为合理的设计方式。

B077在模型改进部分还列出了逐步优化的流程思想，如下图所示：

模型改进