2012国赛b题一等奖论文

### 太阳能小屋设计与优化：2012国赛b题一等奖论文解析 #### 关键知识点解析 **1. 太阳能小屋的重要性及其设计** - **全球能源危机与环保背景**：文章指出，太阳能小屋的普及在缓解能源短缺和环境保护方面具有重大意义。在全球能源需求持续增长而传统能源日益枯竭的大背景下，太阳能作为可再生资源，成为替代能源的重要选项之一。 - **设计目标**：文章的核心在于设计一种太阳能小屋，通过在其表面铺设太阳能电池板来最大化发电量和经济效益。这一目标的实现不仅需要考虑光伏电池的选择、覆盖方案的确定，还要考虑组件的连接方式，以确保系统的整体效能。 **2. 铺设方案的分步优化** - **光伏电池选择**：基于大同市的特定地理环境，文章采用了计算35年内不同类型的光伏电池在小屋不同面上单位面积效益的方法，以此决定各表面最适宜的电池类型。这种方法充分考虑了地理位置、光照条件等因素对发电效率的影响。 - **覆盖方案确定**：通过贪心算法确定最优覆盖方案，排除局部最优解，以获取全局最大效益。这种方法有效避免了因局部优化而导致整体效率降低的问题。 - **组件连接与逆变器选配**：根据电压和功率匹配原则，结合逆变器价格和效率，文章详细阐述了组件的串联、并联方式，以及逆变器的选型策略。这一环节直接关系到系统的经济性和可靠性。 **3. 非线性规划模型的应用** - **倾角、方位角与经济效益**：文章建立了非线性规划模型，分析了倾角、方位角及电池间距对光伏电池接收太阳辐射强度的影响，旨在通过优化这些参数来提高经济效益。模型的建立和应用体现了数学工具在复杂系统优化中的重要作用。 - **模型改进与应用**：基于模型分析结果，文章提出了改进的屋顶铺设方案，通过调整电池倾角和方位角，显著提高了发电量和经济效益，缩短了成本回收周期，降低了每度电成本。 **4. 小屋设计与几何尺寸优化** - **最佳方位角与倾角确定**：通过模型计算得出最佳方位角和倾角，进一步指导小屋朝向和屋顶角度的设计，以最大化屋顶的利润贡献。 - **单目标优化模型**：以屋顶产生的利润最大化为目标，文章构建了单目标优化模型，用于确定屋顶乃至整个房屋的几何尺寸。这一过程充分考虑了空间利用率与发电效率的平衡。 **5. 模型评价与改进方向** - **模型局限性与优化路径**：文章对模型的优缺点进行了深入分析，指出了可能的改进方向，包括更精确的气象数据应用、动态调整机制引入等，以期进一步提升模型的预测精度和实用性。 2012国赛b题一等奖论文通过对太阳能小屋设计的全面解析，不仅展示了光伏系统优化设计的关键步骤，而且强调了数学建模在解决实际问题中的核心作用。从光伏电池的选择到覆盖方案的确定，再到非线性规划模型的应用，每一步都紧密围绕着提高系统整体效能的目标，体现了跨学科知识整合与应用的重要性。