基于遗传算法太阳能小屋设计优化模型.doc

基于遗传算法的太阳能小屋设计优化模型 余金龙目录内容摘要…………………………………………………………………1Abstrac…………………………………………………………………1绪论…………………………………………………………………3一、关于遗传算法………………………………………………………3二、问题假设………………………………………………………………5三、符号说明………………………………………………………………5四、问题的分析及求解……………………………………………………7 1、问题一的分析及求解………………………………………………71.1问题一的相关要求………………………………………………7 1.2屋顶辐射强度的计算……………………………………………9 1.3西面墙的电池排列求解…………………………………………11 1.4屋顶及其它几面墙的电池排列求解……………………………13 1.4.1 模型建立………………………………………………13 1.4.2 模型求解………………………………………………21 ⅰ、对A区域求解………………………………………………21ⅱ、对B区域求解………………………………………………22ⅲ、对C区域求解………………………………………………23ⅳ、对D区域求解………………………………………………24ⅴ、对东立面区域求解…………………………………………25ⅵ、对南立面区域求解…………………………………………26ⅶ、对北立面区域求解…………………………………………282、问题二的求解………………………………………………303、问题三的分析和求解……………………………………………323.1、小屋设计要求………………………………………………323.2 小屋设计………………………………………………32六、结语…………………………………………………………………33五、参考文献……………………………………………………………342摘 要“十一五”计划纲要提出经济发展要走节能减排的路线。

而太阳能作为一种可再生的清洁能源一再受到广大重视，太阳能的利用也越来越广泛各地都新建太阳能小屋以解决家庭供电问题但在这些建设中制约太阳能使用的瓶颈依然突出太阳能电池版各种型号与其排列方式没有得到有效组合，降低了小屋整体将光能转变为电能的能力在同一表面采用两种或两种以上类型的光伏电池组件时，同一型号的电池板可串联，而不同型号的电池板不可串联在不同表面上，即使是相同型号的电池也不能进行串、并联连接应注意分组连接方式及逆变器的选配在此我们研究以下三个问题问题1：根据气象数据，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，并根据电池组件型号和容量，选配相应的逆变器的型号和数量以期达到发电量尽可能大，而成本尽可能小问题2：电池板的朝向与倾角均会影响到光伏电池的工作效率计算大同地区电池板的最佳倾角问题3：根据小屋建筑要求重新设计一个小屋使得受到更大的辐射关键词： 太阳能小屋 遗传算法 太阳辐射 可再生能源AbstractOutline of the Eleventh Five Year Plan proposed economic development have to by way of energy saving. And solar energy as a renewable clean energy by the people's attention. The use of solar energy has become increasingly widespread.A large number of construction around the solar cabin to electricity to households However, restricting the use of solar energy in the construction shackles still outstanding. It Reduce ability of Photoelectric conversion that Various types of solar panels, the arrangement has not been effective combination.When the installation of two or more types of photovoltaic modules on the same surface, the same type of panels can be connected in series. but different types of solar panels can not be connected in series. On different surfaces, even if it is the same type of solar panels can not be connected in series and parallel. We should pay attention to the connection and optional inverter. Here we study the three questions.Question 1: According to the meteorological data, only consider the attached to installation, selected photovoltaic cell assembly for laying on a part of the outer surface of the cabin. And according to the number and capacity of the battery assembly, matching the capacity and number of the corresponding inverter. Want to achieve the largest possible amount of power generation cost as small as possible.Question 2: The inclination angle of the photovoltaic cell will affect the efficiency of its work. Calculate the optimum tilt angle of the Datong area of photovoltaic cells. Question 3:According to the cottage building requirements redesign a cabin so that exposure to more radiation.Keywords：Solar cabin Genetic Algorithms Solar radiation Renewable energy绪论根据附件1-7提供的数据，针对下列三个问题，分别考虑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/kWh计算）及投资的回收年限。

对于第一问，对大同市的气象数据进行分析，由于小屋的东、南、西、北以及屋顶的几何形状不同，利用MATLB编程，分别计算出屋顶以及各个面的总辐射强度,得到了小屋在西面墙选择A4和B1型号的电池，选择逆变器的型号为SN11数量为两个，串并联混合形式；对屋顶及其它几面墙进行划分，对其余几面墙壁以及屋顶的一年总发电量大小的排序组合采用遗传算法，经过多次迭代，得到最大发电量和每面墙安装太阳能电池的最优组合由此得出最省钱的逆配器方案，与35年的总共发电量在架空方式下，利用遗传算法，考虑到太阳的辐射总量、倾斜角和赤纬角之间的关系，直接推导出最佳倾角的数学表达式，得出倾斜面上的日落时角和水平面日落时角相等结合太阳辐射量气象学模型，建立了关于倾斜角和赤纬角的积分模型，对倾斜角求积分计算倾斜面上太阳辐射量，对太阳能光伏板的最佳倾角进行了分析计算，推导出最佳倾角小于当地纬度的结论从而得出小屋的最优铺设方案对于问题三，根据小屋的长宽高建立非线性规划模型，把最佳倾角和每一个方向的辐射平均值代入模型，求得小屋的长宽高据得到数据求解得到门窗最佳的放置为北面墙由此得出小屋的建筑方案正文一、关于遗传算法遗传算法（Genetic Algorithm）是一类借鉴生物界的进化规律（适者生存，优胜劣汰遗传机制）演化而来的随机化搜索方法。

它是由美国的J.Holland教授1975年首先提出，其主要特点是直接对结构对象进行操作，不存在求导和函数连续性的限定；具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力；采用概率化的寻优方法，能自动获取和指导优化的搜索空间，自适应地调整搜索方向，不需要确定的规则遗传算法的这些性质，已被人们广泛地应用于组合优化、机器学习、信号处理、自适应控制和人工生命等领域它是现代有关智能计算中的关键技术遗传算法的基本运算过程如下：a)初始化：设置进化代数计数器t=0，设置最大进化代数T，随机生成M个个体作为初始群体P(0)b)个体评价：计算群体P(t)中各个个体的适应度c)选择运算:将选择算子作用于群体选择的目的是把优化的个体直接遗传到下一代或通过配对交叉产生新的个体再遗传到下一代选择操作是建立在群体中个体的适应度评估基础上的d)交叉运算：将交叉算子作用于群体所谓交叉是指把两个父代个体的部分结构加以替换重组而生成新个体的操作遗传算法中起核心作用的就是交叉算子在本模型中，交叉随机选取，但选取的交叉点在父母串有效计算的基因节的节点上e)变异运算：将变异算子作用于群体即是对群体中的个体串的某些基因座上的基因值作变动群体P(t)经过选择、交叉、变异运算之后得到下一代群体P(t 1)。

f)终止条件判断:若t=T,则以进化过程中所得到的具有最大适应度个体作为最优解输出，终止计算遗传算法是解决搜索问题的一种通用算法，对于各种通用问题都可以使用搜索算法的共同特征为：① 首先组成一组候选解② 依据某些适应性条件测算这些候选解的适应度③ 根据适应度保留某些候选解，放弃其他候选解④ 对保留的候选解进行某些操作，生成新的候选解二、问题假设1.忽略大同附近经纬度不同带来的误差2.日照强度与季节无关3.忽略地面反射辐射及人造光源可能产生的影响三、符号说明 屋顶受到的辐射强度； 水平方向的散射强度（见附件山西大同典型气象年逐时参数及各方向辐射强度）； 法向辐射强度（见附件山西大同典型气象年逐时参数及各方向辐射强度）； 太阳的方向向量在平面上的投影与y轴的夹角； 太阳的方位角； 太阳的方向向量； 法向辐射方向向量； 太阳的方向向量与x y平面的夹角，太阳的高度角； 太阳方位角减去； 屋顶法向量与地面夹角； 屋顶与地面的夹角；。