图3-4 小屋西立面视图
图3-5 小屋南立面视图
设计方案中，建筑屋顶最高点距离地面高度为5.4m，室内使用空间最低净空高度距地面高度为4.4m，建筑总投影面积为67.86m2，建筑平面体型长边为11.7m，短边为5.8m，窗地比为0.25，南墙的窗墙比为0.03，东墙的窗墙比为0.09，北墙的窗墙比为0.23，西墙的窗墙比为0.1，南墙朝向为南偏西37.4°，通过比较，各项指标均满足题目要求。
24
在该方案中，我们在两端设置0.5m宽的飞檐，即增大了采光面积，又减小了房间地板面积。该方案基本符合房屋设计原理，具有较好的稳固性和实用性。
(1)选择铺设的光伏电池类型与方案优化模型
由于小屋的房顶两个平面采取架空方式铺设，那么铺设原则和步骤方法与问题2完全一致，而南立面Ⅰ采用贴附方式，与问题1步骤方法完全一致，由于铺设面积等因素的改变，所选用的电池类型会发生改变，根据5.1.1的分析方法可知，当在5.1.3的太阳能电池板铺设原则约束与可以采用架空设计使太阳能电池组件在最佳倾角的条件下，Ⅴ面和Ⅵ面适合采用A类型的电池组件进行铺设，Ⅰ面适合使用B类型电池组件铺设。根据第一问和第二问的算法，即可确定该小屋电池铺设方案。
屋顶平面Ⅴ面和Ⅵ面：铺设A3型电池64个。 南立面Ⅰ面：铺设B1型电池27个。 铺设方案如下图所示：
图3-6 太阳能小屋光伏电池铺设阵列
(2)逆变器组合优化方案模型
根据计算得到的光伏电池组件阵列数量与类型，通过模型的求解，得到适用于光伏电池组件阵列的逆变器以及各光伏电池的连接形式，屋顶光伏电池组件构成情况如下：
25
表1-9 屋顶光伏电池组件构成情况
名称 数据 光伏电池型号 A3 逆变器型号 SN17 电池数 48 屋顶电池组件连接方式如下：
图3-7 屋顶电池组件连接方式
南面光伏电池组件构成情况如下：
表1-9 南面光伏电池组件构成情况
名称 数据 南面电池组件连接方式如下：
光伏电池型号 B1 逆变器型号 SN15 B1B1B1B1B1B1B1B1B1......cB1B1B1逆变器SN15......c......8个图3-8 南面第一电池组件阵列连接方式
26
B1B1B1逆变器SN11
图3-9 南立面第二组件电池阵列连接方式
(3)35年寿命期内经济效益：
考虑到所有光伏组件在0～10年效率为100%，而对于10～25年之间，效率下降为90%折算，25年后效率按80%折算。根据光伏阵列构成情况，结合影响光伏电板发电的因素条件，可得下表：
表3-1 35年寿命期内经济效益
方位 35年 发电量(kwh) 毛利润（元） 成本（元） 经济效益（元） 44380 55110 44380 228376 372246 东 南 西 顶 总计 103520 155780 103520 1157566 1520386 51760 77890 51760 578783 760193 7380 22780 7380 350407 387947 由上表可知，本题中求解得到的光伏电池的安装方案，在35年的使用时间内的发电总量为1520386kwh，获得的经济效益为372246元，投资回收年限N约为20年。
六、模型的评价和推广
在能源需求日益增长的今天，开发利用新能源对于人类的生存和发展至关重要。本文以太阳能在建筑中的应用为背景，提出了一种利用太阳能的有效方法，即在房屋外表面铺设光伏电池板发电。通过模型的建立与求解，我们对数据进行标准化处理，对电池类型的选择、逆变器的选择、电池的串并联方式的确定等等一系列问题予以分析确定，避免在铺设过程中进行繁琐的分析，这样对于铺设平面有很好的针对性，使整个系统发挥出最大的效能，同时大大降低了我们分析问
27
题的难度。由于欠缺对建筑美学方面的考虑，从而忽视了建筑的美观性，但我们的模型的设计仍有一定的实用性。在问题三中，我们在两端设置0.5m宽的飞檐，即增大了采光面积，又减小了房间地板面积。该方案基本符合房屋设计原理，具有较好的稳固性和实用性。
由于研究的问题是在约束条件极其复杂条件下的多目标规划问题，本文采用的结构化设计与近似算法便于编程实现，能在多种复杂情况下近似求解优化铺设方案，符合工业设计实际与建筑外观要求，对设计其他太阳能建筑的问题提供了借鉴意义，具有较高的推广价值。
七、参考文献
[1] 韩斐 固定式太阳能光伏板最佳倾角设计方法研究 工程设计学报 Vol.16 No.5:348-353 2009年10月
[2] 杨金焕 不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算[J] 上海交通大学学报 2002,36(7):1032-1036.
[3] 陈卓武 固定式光伏阵列最佳倾角的CAD计算方法 中山大学学报 Vol.47 Sup.2：165-169 2008年11月
[4] 周建兴 MATLAB从入门到精通 北京 人民邮电出版社 2008年11月
28