1、12012 高教社杯全国大学生数学建模竞赛承 诺 书我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料） ，必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。我们授权全国大学生数学建模竞赛组委会，可将我们的论文以任何形式进行公开展示（包括进行网上
2、公示，在书籍、期刊和其他媒体进行正式或非正式发表等） 。我们参赛选择的题号是（从 A/B/C/D 中选择一项填写）： B 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）： 所属学校（请填写完整的全名）： 河西学院 参赛队员 (打印并签名) ：1. 武亚杰 2. 童永会 3. 李济明 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)： 张飞羽 魏瑛源 日期： 2012 年 9 月 10 日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：22012 高教社杯全国大学生数学建模竞赛编 号 专 用 页赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：赛区评阅记录（可供赛区评阅时使用）：评阅人评分备注全国统一编号（由赛区
3、组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：3太阳能小屋的设计摘 要随着当今社会资源的匮乏，合理利用能源显得越来越重，其中太阳能做为一种新能源，给人们的生活和生产带来了很多帮助。在设计太阳能小屋时，需在建筑物表面（屋顶及外墙）铺设光伏电池，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量还受诸多因素的影响，如太阳辐射强度、光线入射角、环境、建筑物所处的地理纬度、地区的气候与气象条件、安装部位及方式（贴附或架空）等。因此，在太阳能小屋的设计中，研究光伏电池在小屋表面的优化铺设是很重要的问题。首先，运用 EXCEL，对附件 2-附件 5 的数据进行处理，特别是得
4、到了给出电池组件分组阵列容量及选配逆变器规格列表，详细结果见附件 2；其次，建立了线性规划模型，运用 EXCEL,对三个问题，分别给出小屋外表面光伏电池的优化铺设方案，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、经济效益及投资的回收年限。比如问题 1 中，仅考虑贴附安装方式.对小屋西立面的优化铺设方案是：选定型号为 C11 光伏电池组件 16 块，把 16 块光伏电池组件，每 4 个组件串联，再将其并联4 串，形成一个 的电池组件分组阵列，电池组件分组阵列容量为 0.8Kw，选配 14个型号为 SN12 的逆变器，容量为
5、 1.6Kw，并计算出了小屋的西立面光伏电池 35 年逐年内的发电总量；投资的回收年限 26 年，并且相应的经济效益为 1114.878 元；小屋的西立面光伏电池 35 年寿命期内的发电总量为 1520Kw，经济效益 3466.259 元.详细数据结果见附件 4.关键词 优化铺设；贴附或架空；逆变器；发电总量；经济效益；线性规划模型；EXCEL4一 问题重述当今，社会能源危机已遍布每个角落。以我国山东为例，据可靠调查，2008 年夏季山东省电力供应量不足往年的三分之二，为保证奥运会期间全省的电力供应，奥运前期全省大部分地区都实施了限电措施，特别是广大农村地区，限电已经严重影响了人们的正常生活和
6、生产工作。另外，近年来地球温暖化现象日趋严重，由此导致的全球性灾难接连不断，而二氧化碳以及大量有害气体的排放是该现象出现的根源。因此，节能减排工作刻不容缓。太阳能，作为绿色、持久、无污染能源，在 2l 世纪得到越来越多的关注，开发和利用太阳能成为节能减排的有效途径。目前，国内外太阳能光热技术的研究已经趋于成熟，并得到广泛应用。而太阳能光电技术的研究还处于探索研究阶段，太阳能电池板造价居高不下，成为开发和拓展太阳能光电技术运用的障碍。在我国，节能减排建筑设计活动刚刚起步，无论是在理论基础、设计方法与技术、评估与优化体系，还是在施工与管理等方面都相对滞后。在设计太阳能小屋时，需在建筑物外表面（屋顶
7、及外墙）铺设光伏电池，光伏电池组件所产生的直流电需要经过逆变器转换成 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，如太阳辐射强度、光线入射角、环境、建筑物所处的地理纬度、地区的气候与气象条件、安装部位及方式（贴附或架空）等。因此，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。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（见附件 2）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
8、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：根据附件 7 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。对上述三个问题，分别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、经济效益及投资的回收年限。在求解每个问题时，都要求配有图示，给出小屋各外表面电池组件铺设分组阵列图形及组件连接方式（串、并联）示意图，也要给出电池组件分组阵列容
9、量及选配逆变器规格列表。5二问题分析目前，我国及国际上的屋顶太阳能光热和光电利用技术已经比较成熟。利用太阳能光热系统可以给建筑提供生活热水或是冬季的暖源；利用太阳能光电系统可以提供建筑的日常用电。太阳能光伏建筑一体化指的是太阳能发电，即每座建筑就是一座发电站，发出的电首先能够满足建筑自身的需求，多余的进入电网传输出去。所谓太阳能屋顶，是将太阳能电池板安装在建筑物的屋顶，引出端经过控制器、逆变器与公共电网相连接，由太阳能电池板、电网并联向用户供电，组成户用并网光伏系统。针对问题一和问题二，太阳能小屋在保持低成本的情况下，对方位的要求是为了建筑物尽量多和快的得到太阳能辐射热。如选择合适的电池组件、
10、逆变器、支架角度等等，它们都是解决此问题的关键。在冬季太阳能辐射热在 9 时到 15 时是全天辐射热的 90%左右，因此，在这段时间内要保证足够的日照时间是非常重要的，为了充分发挥太阳能辐射热的效能，可根据太阳能建筑的特征进行跟踪调整。针对问题三，对小屋表面积和体型的要求是提高光伏效率的关键，为小屋设计新的类型，选择逆变器和光伏电池的型号、数量是重要的一步，进而提高发电总量，从利用太阳能的角度考虑，应使南墙面吸收较多的太阳能辐射热，且尽可能的大于其它向外散失的热量，以将这部分热量用于补偿建筑的净负荷。除此之外，还要用建筑物的表面面积系数来研究建筑体型对节能的影响，从获得更多的太阳能辐射热，从降
11、低能耗的观点来看，长轴朝向东西的长方体体型最好，正方形次之，长轴朝向南北的长方体体型的建筑节能效果最差。对围护结构材料和构造的要求依据我国新节能标准，对围护结构的节能已做了明确的规定，这在进行太阳能建筑设计时必须遵守，以保证太阳能的有效利用。三模型假设(1) 为简捷起见，假设在小屋同一外表面（屋顶及外墙）应尽量选择同一型号的电池组件经过串、并联组成电池组件分组阵列，并依次选配逆变器；(2)不考虑天气、环境因素对太阳辐射强度的影响，并且将小屋视为一个周围无遮挡的充分接受太阳能辐射的独立环境；(3)假设逆变器全部安装在地面上；(4) 假设在太阳能小屋外表面（屋顶及外墙）铺设的光伏电池，不能超出外表
12、面的边界.四符号说明(1) 表示逆变器型号， ，其中 表示逆变器型号为 SN1， 表示i 18,2i 1i 2i逆变器型号为 SN2，依次类推； 表示光伏电池型号， ，其中 表示j 24,j 1j光伏电池型号为 A1， 表示光伏电池型号为 A2，依次类推；j(2) 分别表示 型光伏电池的组件功率、开路电压和短路电流 , 表示 型jjIVW, j光伏电池组件的转换效率， ；24,1j6(3) 分别表示 型逆变器的交流输出额定功率、直流输入电压和直流输入iiJUR,i额定电流, 表示 型逆变器的逆变效率， ；i18,2i(4) 表示与 型逆变器相匹配的 型光伏电池的串联的组件个数， ijkij；
13、表示与 型逆变器相匹配的 型光伏电池并联的串数， jiijVUINTkijlij； 表示与 型逆变器相匹配的 型光伏电池组件分组的组件总个数，jiijIJlijnij， ， ，INT 是取整函数；ijijlkn18,2 24,j(5) ， ， ；jiij WRm0INT18,i 24,j(6) 表示 型逆变器的市场价格, ； 表示 型光伏电池的市场价格,iQ,ijP表示 型光伏电池每峰瓦的价格, ；jp 24,1j(7) 分别表示 型光伏电池组件的面积、长和宽， ； jjsxyj 24,1j(8) 表示小屋各个面的有效分块面积， ，具体对应关系见附件 1；kS 6,，k(9) 表示小屋各个有效
14、面积匹配的逆变器个数， 分别代表小屋的屋顶l ,2，面、北立面、东立面、南立面和西立面；(10) 表示光伏电池贴附安装下小屋各个外表面面上的年太阳辐射强度， 表1k 2k示架空安装下小屋各个外表面面上的年太阳辐射强度， 表示新建小屋的各个外表3k面面上的年太阳辐射强度， ；6,21，k五模型的建立与求解5.1 数据处理我们运用 Excel，对题目提供的数据进行处理，具体方法及结果分别如下：(1)根据题目给定的小屋的外观尺寸图，分别计算出小屋的屋顶面、北立面、东立面、南立面和西立面各自的有效分块面积，这里，有效分块面积是指从各个面中除去门窗后，将剩余部分进行分块后各块的面积. 有效分块面积及其图
15、示见附件 1.下面图1 和图 2 只给出屋顶的面积数据.7S1=2409261(平 方 毫 米 ) S2=637152(平 方 毫 米 ) S3=182384(平 方 毫 米 ) 873(平 方 毫 米 ) 514034 (平 方 毫 米 ) 651.53 10.0m 1389.24m 138.70m 357.1m 170.32m 370m 280m 360m S5 S1 S2S4 S3 图 1 顶有效分块面积 1 S1=78023(平 方 毫 米 ) S2=51960(平 方 毫 米 ) S3=874360(平 方 毫 米 ) 439151(平 方 毫 米 ) 40324 (平 方 毫 米
16、) S1 651.53 10.0m 1389.24m 138.70m 357.1m 170.32m 370m 280m 360m S5 S4 S3 S2 图 2 屋顶有效分块面积 28(2)根据题目提供的数据信息，计算出三种类型的光伏电池组件的面积和市场价格，其中 ， = ， ， .相应结果由表 1 给出.jjjsxyjPjWjp18,2i 24,j表 1 三种类型的光伏电池组件的面积和市场价格PV 电池类型 产品型号 i单个组件面积 （mmmm ）js单个组件价格 （元）jP1 1276640 3203.5A 单晶硅电池 2 1938396 4842.53 1276640 29804 163
17、7792 40235 1635150 3650.56 1938396 4395.57 1635150 3312.5B 多晶硅电池 8 1938396 40009 1470144 262510 1626880 300011 1940352 350012 1940352 3687.513 1668000 3125C 薄膜电池 14 1430000 48015 939231 278.416 1575196 48017 1540000 43218 1540000 48019 110050 19.220 110700 19.221 218325 38.422 326600 57.623 290390 5
18、7.624 1171240 240(3) 根据题目提供的数据信息，首先，利用电压电流间的关系，给出电池组件分组阵列容量及选配逆变器规格列表，其中， ， ， ， ；jiijVUINTkjiijIJTl ijijlkn18,2 24,j其次，利用功率间的关系，得到了电池组件分组阵列容量及选配逆变器规格列表，此时，用 表示与 型逆变器相匹配的 型光伏电池串并联的组件总个数，则ijmij9， ， ；jiij WRm10INT18,2i 24,j所得结果见附件 2.下面表 2 给出了部分数据.表 2 光伏电池串并联数部分数据A3 B5 C6ki3li3ni3 mi3 ki11 li11 ni11 mi1
19、1 ki19 li19 ni19 mi19SN1 0 4 0 1.68 0 3 0 1.2 1 71 71 84SN2 0 9 0 3.36 0 6 0 2.4 1 142 142 168SN3 1 4 4 3.44 1 2 2 2.457143 2 68 136 172SN4 1 8 8 6.88 1 5 5 4.914286 2 137 274 344SN5 1 13 13 10.32 1 8 8 7.371429 2 208 416 516SN6 1 20 20 18 1 13 13 12.85714 2 328 656 900SN7 3 5 15 10.8 3 3 9 7.714286
20、 5 85 425 540SN8 3 9 27 16.8 3 6 18 12 5 145 725 840SN9 3 18 54 36.8 3 12 36 26.28571 5 288 1440 1840SN10 3 36 108 73.6 3 24 72 52.57143 5 577 2885 3680SN11 6 0 0 3.76 6 0 0 2.685714 11 14 154 188SN12 6 1 6 7.52 6 1 6 5.371429 11 28 308 376SN13 6 2 12 11.28 7 1 7 8.057143 11 21 231 564SN14 6 4 24 18
21、.8 6 3 18 13.42857 11 72 792 940SN15 6 6 36 28.2 6 4 24 20.14286 11 108 1188 1410SN16 6 8 48 37.6 6 5 30 26.85714 11 138 1518 1880SN17 17 7 119 48.65 17 4 68 34.75 29 114 3306 2432.5SN18 17 7 119 58.38 17 4 68 41.7 29 114 3306 2919（4）根据题目提供的数据信息以及一些可参考的相关概念，计算出一年中每天不同时段，小屋的各个面上的太阳辐射强度，相应结果见附件 3.表 3
22、给出了部分数据结果. 表 3 太阳赤纬角、方位角、入射角余弦、总辐射强度日期 日期序号 实际时刻 时角 赤纬角 太阳高度角正弦值 太阳方位角太阳对屋顶的入射角余弦屋顶总辐射强度度 度 度1-15 15 9 -45 -21.269 0.270 43.19 0.395 13.772-15 46 9 -45 -13.289 0.378 48.02 0.486 52.333-15 74 8 -60 -2.819 0.350 67.44 0.411 24.794-15 105 8 -60 9.415 0.483 77.30 0.510 35.805-15 135 7 -75 18.792 0.395 8
23、4.47 0.404 59.226-15 166 6 -90 23.314 0.255 71.75 0.306 3.477-15 196 7 -75 21.517 0.420 82.05 0.436 76.84108-15 227 7 -75 13.784 0.346 88.76 0.344 19.279-15 258 8 -60 2.217 0.407 71.34 0.454 35.8010-15 288 8 -60 -9.599 0.270 62.47 0.347 117.3411-15 319 9 -45 -19.148 0.300 44.44 0.420 64.3312-15 349
24、9 -45 -23.335 0.241 42.00 0.370 19.27这里用到的一些概念及其计算公式如下：()太阳时 st时间的计量以地球自转为依据，地球自转一周，计 24 太阳时，当太阳达到正南处为 12:00。钟表所指的时间也称为平太阳时（简称为平时） ，我国采用东经 120 度经圈上的平太阳时作为全国的标准时间，即“北京时间”. 大同的经度为 ，并且数据183o库中标注的时间为实际时间减 1 小时，即数据库中的 11:00 即为实际时间的 12:00，所以，把 数据库中的时间加 1 小时得到实际时间，用于计算其他参量.()时角 时角是以正午 12 点为 0 度开始算，每一小时为 15
25、 度，上午为负下午为正，即 10点和 14 点分别为-30 度和 30 度. 因此，时角的计算公式为 ,125度st其中 为太阳时（单位：小时）. st()赤纬角 赤纬角也称为太阳赤纬，即太阳直射纬度，其计算公式近似为 ,365284sin.2度其中 为日期序号，例如，1 月 1 日为 ，3 月 22 日为 .n 81n()太阳高度角 太阳高度角是太阳相对于地平线的高度角，这是以太阳视盘面的几何中心和理想地平线所夹的角度。太阳高度角可以使用下面的算式，经由计算得到很好的近似值： ,coscsinsin其中 为太阳高度角， 为时角， 为当时的太阳赤纬， 为当地的纬度(大同的纬度为 ).o1.40
26、()太阳方位角 太阳方位角是太阳在方位上的角度，它通常被定义为从北方沿着地平线顺时针量度的角.利用公式 11.cosinsi经由反正弦函数得到太阳方位角的良好近似值为 .siar其中 为太阳的方位角， 为太阳高度角， 为时角， 为当时的太阳赤纬， 为当地的地理纬度(大同的纬度为 ).若 值为正，则理解为太阳在当地的南偏东，若o1.40值为负，则理解为太阳在当地的南偏西.（）太阳光入射角计算以屋脊在水平面上的投影为 轴，西墙在水平面上的投影为 轴，水平面为yx面，建立直角坐标系（如图 1），则屋顶上各顶点的坐标为xoy， ， ，)20,(A)0,64(B)0,164(C， ；D,7E7F屋顶面上
27、的向量分别为， ，AB120,64A0,1A0,1从而屋顶上朝南、朝北两个斜面的法向量分别为，64,2DBn南.10710E北设太阳高度角为 ，方位角为 则沿太阳入射方向的单位向量为hsinhco,sih,col太阳光线入射角为沿入射光线的单位向量与屋顶平面法向量的夹角，分别记为，则北南 i,，265sinh1cos3cos lnli南南南南 ，.193i-lli北北北北 ，图 3()小屋屋顶倾斜角EyxzOFDCBA12利用图 4，计算出小屋屋顶倾斜角.图 4 小屋顶视图在直角三角形 ADB 中， ，AB=6511.53mm，AD=1200mm，则90ADB，53.612sin 6195.0
28、ABD在直角三角形 ADC 中， ，AC=1389.24mm，AD=1200mm，则C，4.89iA7438.C5.2 贴附安装方式下小屋外表面光伏电池的优化铺设（1）线性规划模型设 表示总经济效益， ， 表示小屋各外表面的经济效益，则YkY6,21，54321max .,62,14,21,82,10, 26,8.025-9.015.010 ,51,.)(. ,01,.00.1 Zlnkji RWnJIlUVlkSsn nQlPnnsY lnQlPnnsts iijjjij iijijjijij ikjijijijjk ikjijijijjk ikjijijijjk ，）（BACD13（2）优
29、化铺设方案利用 EXCEL，得到的优化铺设方案.我们对上述优化模型针对西立面编写了 Lingo 程序,并进行运行,但是该问题没有整数优化解,相应的程序见附件 6.因此我们采用了 Excel 中进行配置,相应的结果见附件 4.比如问题 1 中，仅考虑贴附安装方式.对小屋西立面的优化铺设方案是：选定型号为 C11 光伏电池组件 16 块，把 16 块光伏电池组件，每 4 个组件串联，再将其并联4 串，形成一个 的电池组件分组阵列，电池组件分组阵列容量为 0.8Kw，选配 14个型号为 SN12 的逆变器，容量为 1.6Kw，并计算出了小屋的西立面光伏电池 35 年逐年内的发电总量；投资的回收年限
30、26 年，并且相应的经济效益为 1114.878 元；小屋的西立面光伏电池 35 年寿命期内的发电总量为 1520Kw，经济效益 3466.259 元.详细数据结果见附件 4.西立面光伏电池铺设方案见图 5.S1=4260000(平方毫米 ) S2=22720000(平方毫米)图 5 西立面电池铺设图5.3 架空安装方式下小屋外表面光伏电池的优化铺设电池板的朝向与倾角均会影响到光伏电池的工作效率。其一，太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角(向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度)。一般情况下，房屋朝向正南(即房屋顶面垂直面与正南的夹角为 0)时，太阳电池发电量是最大的。其二，倾斜
31、角是太阳电池房屋平面与水平地面的夹角，并希望此夹角是房屋一年中发电量为最大时的最佳倾斜角度。 一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关，当纬度较高时，相应的倾斜角也大。但是，和方位角一样，在设计中也要考虑到屋顶的倾斜角及积雪滑落的倾斜角(斜率大于 50%-60%)等方面的限制条件。总之，电池板的朝向与倾角均会影响到太阳辐射强度，而太阳辐射强度影响光伏系统的发电量，即太阳辐射强度与发电量成正比。太阳辐射强度越大，则发电量越大。用 表示架空安装下小屋各个外表面上的年太阳辐射强度，则须使 ，2k 2k1C11 C11 C11 C11 C11 C11 C11 C11 C11 C11 C11 C11 C1
32、1 C11 C11 C11 14.6,21，k（1）线性规划模型鉴于上述分析，把贴附安装方式下小屋外表面光伏电池优化铺设的线性规划模型（1）中的 代换为 ， ，就得到架空安装方式下小屋外表面光伏电池1k2k6,1，优化铺设的线性规划模型.光伏电池的具体架空方式为：电池板的朝向为南偏西 30 度左右，经过 Excel 按1 度步长，从 28 度至 32 度间搜索计算，得到电池板的朝向为南偏西 31 度。屋顶倾角与太阳高度角的余角相等时，太阳光线垂直射向屋顶，此时屋顶接受的太阳光直射强度达到最大，因此屋顶倾斜角应与太阳高度角的余角尽量接近。题目中所给为大同地区的数据，经过 Excel 计算，得到大
33、同地区的太阳高度角最大为 89 度左右，而全年太阳高度角的平均值为 29.29 度，因此屋顶倾角理论上应设计为 60 度左右，但是考虑到房屋美观，在这些条件下，相应的 为 30 度。相应的计算结果附件 5.2k（2）优化铺设方案小屋各外表面电池组件铺设分组阵列图形及组件连接方式（串、并联）示意图，电池组件分组阵列容量及选配逆变器规格列表.计算方法同问题 1.5.4 小屋的重新设计太阳辐射强度与许多因素有关。地球表面接收的太阳辐照受大气条件的影响而衰弱，主要原因是由空气分子、水蒸汽和尘埃引起的大气散射以由臭氧、水蒸气和二氧化碳引起的大气吸收。地球到太阳的距离和地球轴的倾斜同样影响太阳的辐射量。当
34、6-8 月份夏天来到北半球时，地球的北半球朝太阳倾斜，夏季白天很长，加之有利的地球轴倾斜，造成了夏季与冬季太阳能辐射总量的巨大差别。地形、地貌及障碍物的影响。由于太阳斜照的影响，阳光容易被地形、地貌及障碍物遮挡。太阳能电池方阵的光电转换效率，受到电池本身的温度和太阳光强影响。5.4.1 新设计小屋的外形图依据题目给出的小屋的建筑要求，新设计小屋的外形图见附件 7.其中，图 6 给出了 新设计小屋的透视图.新设计小屋的朝向，以原来小屋的朝向为基础，向西偏离 31 度，屋顶倾角为 25度.15图 6 新设计小屋的透视图5.4.2 新设计小屋外表面光伏电池的优化铺设太阳能建筑对建筑朝向设计有一定的要
35、求。太阳能建筑对小屋朝向的要求是为了使建筑物尽量多和快的得到太阳能，对建筑表面积和体型的要求，从利用太阳能的角度考虑，应使南墙面吸收较多的太阳能辐射热，且尽可能的大于其它向外散失的热量，以将这部分热量用于补偿建筑的净负荷。如果使除南墙面之外的其它的热工质量是相同的，则不难看出，建筑的净负荷是与面积的大小成正比的。这就是被动式太阳能建筑对围护结构面积的要求。除此之外，还要用建筑物的表面面积系数来研究建筑体型对节能的影响，从获得更多的太阳能辐射热，降低能耗的观点来看，长轴朝向东西的长方体体型最好，正方形次之，长轴朝向南北的长方体体型的建筑节能效果最差。对窗、墙面积比的要求太阳能建筑对窗、墙面积比的
36、要求是一个综合的问题，一要考虑窗户的大小对直接集热的影响；二要考虑窗户既是得热构件，又是耗能的主要环节；三要考虑窗间墙的大小、位置给墙体集热、蓄热带来的影响。总之，小屋的朝向与屋顶的倾角均会影响到太阳辐射强度，而太阳辐射强度影响光伏系统的发电量，即太阳辐射强度与发电量成正比。太阳辐射强度越大，则发电量越大。用 表示新设计小屋各个外表面上的年太阳辐射强度，则须使 ，3k 3k12k.6,21，（1）新设计小屋的线性规划模型根据上述分析，把架空安装方式下小屋外表面光伏电池优化铺设的线性规划模型中的 代换为 ， ，就得到心设计小屋外表面光伏电池优化铺设的线性2k3k6,21，规划模型.（2）新设计的
37、优化铺设方案小屋各外表面电池组件铺设分组阵列图形及组件连接方式（串、并联）示意图，电池组件分组阵列容量及选配逆变器规格列表.计算方法同问题 1.六、模型的评价与推广太阳能同以往其他电源发电原理完全不同,具有以下特点:无枯竭危险、绝对干净(无公害)、不受资源分布地域的限制、可在用电处就近发电、能源质量高、使用者从感情上容易接受、获取能源花费的时间短。太阳能与绿色建筑并不仅仅局限在“节能”和“低能耗”上，其最终目的在于如何充分的利用能源， 提高生活质量， 并达到可持续性。“十一五”期间国务院下发的关于加强节能工作的决定指出要进一步优化用能结构，大力发展高效清洁能源，并将太阳能作为可再生能源和替代能
38、源大力发展。提供信息服务，开展建筑小区示范试点，大力表彰奖励节能建筑。要使老百姓家喻户晓，了解使用太阳能的优越性，提高环保节能意识，真正体验到太阳能应用的实惠。自觉主动使用太阳能；让建筑师掌握太阳能应用技术，重视环境与生态保护，把建筑太阳能的设计和应用作为一种社会责任感。 为满足市场需求，加快人才培训，建设专业队伍是关键。今后高校应加强专业培训和学术研究，开设太阳能设计与应用的专业，这对行业设计具有指导意义，为了完成“十一五”规划目标，给予太阳能研发机构资金支持；大力奖励太阳能科技进步成16果；对房地产发展商利用太阳能的开发项目给予税费的减免。政府职能部门和银行应积极支持“阳光工程” ，以促进
39、人们自觉接受，使太阳能在建筑上的应用迅速健康发展。建筑节能与太阳能的设计和利用，关系人类的未来，需要全社会的重视和支持。太阳能将是一个巨大的产业，对造福子孙后代、 。参考文献1 苏金明，王永利 . MATLAB7.0 使用指南M. 北京：电子工业出版社，2004.2沈辉,曾祖勤 .太阳能光伏发电技术M.化学工业出版社.2009，1.3董加礼等. 工程运筹学M. 北京:北京工业大学出版社,1988，6.4张耀明，中国太阳能光伏发电产业的现状与前景J.能源研究与利用，2007,1:1-6.5王长贵，王斯成. 太阳能光伏发电实用技术M.北京：化学工业出版社，2005,9.6赵静,但琦 .数学建模与数
40、学实验M.第二版.北京:高等教育出版社,2003.7蒋苏.我国可再生能源开发的难点及对策建议基于太阳能屋顶计划的分析J.能源专题2009,8:64-668扈晓静，智能太阳能屋顶模型的设计与实现,电脑知识与技术，2011，07（3）：627，2011.9王崇杰，赵学义，论太阳能建筑一体化，建筑学报，2002/7：28，2002.10张峰，山西太阳能光伏技术现状和对策研究，科技情报开发与经济，21(25)：175，2001.11李蔚，太阳能光伏技术与建筑应用J,电器时代，2008(7):85,2008.14侯长来，太阳跟踪装置的双模式控制系统J,可再生能源，2010，28(1):89,2010.15龙文志，太阳能光伏建筑一体化，建筑节能，2009(07)：1，2009.16武新华，肖霞，段玲华，Excel 2007 函数、公式范例应用，北京：清华大学出版社，2007
