下载文档原格式
太阳能小屋的设计概述太阳能小屋是一种利用太阳能发电并且能够自给自足的房屋设计。
它采用太阳能电池板将太阳能转化为电能，并且可以用于供电、加热和照明等功能。
这种设计是为了减少对传统能源的依赖，实现可持续发展和环境保护。
太阳能电池板太阳能电池板是太阳能小屋设计的核心部分。
它由多个太阳能电池组成，能够将太阳能转化为直流电能。
太阳能电池板应该安装在太阳光辐射最强的位置，以最大限度地吸收太阳能。
一般来说，太阳能电池板应该朝向正午太阳的方向，倾斜角度大约与当地纬度相等。
储能系统为了实现夜间和阴天供电，太阳能小屋需要一个储能系统。
储能系统一般由蓄电池组成，可将白天产生的多余电能储存起来，在需要时释放。
蓄电池应该具有足够的容量和稳定性，以确保在没有太阳能供应时，小屋的供电可靠性和持续性。
供电和用电太阳能小屋的设计应考虑供电和用电需求。
首先，需要确定小屋的用电量，包括照明、加热、通风、电器使用等。
然后，根据用电需求来确定太阳能电池板和蓄电池的容量。
此外，还需要考虑电能的分配和管理，以保证稳定供电。
为了节约能源，应采用节能设备和合理控制用电，并将太阳能电池板和蓄电池的使用效率最大化。
加热和照明系统太阳能小屋的设计还要考虑加热和照明系统。
加热系统可以采用太阳能热水器或太阳能空气加热器，将太阳能转化为热能用于取暖。
照明系统可以采用太阳能LED灯，将太阳能转化为光能用于照明。
这两个系统应该与供电和用电系统相互配合，以达到最佳效果。
节水系统为了实现可持续发展和环境保护，太阳能小屋的设计还应该包括节水系统。
节水系统可以包括雨水收集和再利用、太阳能热水器和节水设备等。
通过有效利用水资源，可以减少用水量，并保护水资源。
总结太阳能小屋的设计是一种创新的房屋设计，能够利用太阳能实现自给自足的供电、加热和照明功能。
通过合理设计太阳能电池板、储能系统、供电和用电系统、加热和照明系统以及节水系统，可以实现小屋的高效、可靠和环保运行。
这种设计不仅能够减少对传统能源的依赖，还能够实现可持续发展和环境保护目标。
住宅楼屋顶太阳能集热施工设计方案一、引言随着人们对环境保护和可再生能源的重视，太阳能集热系统在住宅楼屋顶的应用越来越普遍。
本文旨在提出一种有效且可行的住宅楼屋顶太阳能集热施工设计方案，以满足住宅楼居民对热水和暖气的需求，同时减少对传统能源的依赖。
二、系统组成1. 太阳能热水器热水器作为住宅楼太阳能集热系统的核心组件，负责将太阳能转化为热能，并通过热交换装置将热能传递给热水，为住宅楼居民供应热水。
2. 集热器板集热器板是将太阳能转化为热能的关键部件，通常采用黑色吸热材料制成。
集热器板应具有良好的热传导性能、较高的吸收率以及耐候性，以确保充分利用太阳能。
3. 热水储存罐热水储存罐用于储存由太阳能热水器加热的热水，以满足住宅楼居民正常使用的需求。
储存罐应具备良好的保温性能，以减少热量散失。
4. 循环泵和管道系统循环泵和管道系统负责将热水从太阳能热水器传送至储存罐，并将储存罐中的热水供应给住宅楼各个家庭。
泵应具备一定的流量和扬程，确保热水能够顺利传输。
5. 监测与控制系统监测与控制系统用于实时监测太阳能集热系统的工作状态，并通过控制器对其进行智能调控。
该系统能够根据住宅楼居民的实际需求，自动调整供水温度和供水量，提高系统的运行效率。
三、施工设计方案1. 屋顶选址选择住宅楼屋顶较为平整、无阻挡遮挡以及日照时间较长的位置进行太阳能集热器的安装。
确保集热器能够充分接收太阳能，并提高集热效率。
2. 集热器板布置根据住宅楼屋顶的空间布局设计集热器板的布置，合理利用可用空间。
通常选择平行或串联布置方式，以提高能量利用效率，并确保每个集热器板之间的间距不过大，以充分利用整个集热面积。
3. 管道系统设计合理规划管道系统的布局，确保太阳能热水能够及时被传送至储存罐，并能够经由管道供应给各个住宅单元。
管道应选择高质量的材料，保证系统的密封性和耐用性。
4. 热水储存罐选型根据住宅楼居民的实际需求，选用合适的热水储存罐。
考虑到住宅楼的规模，通常选择容量较大的储存罐，并确保其具备良好的保温性能，减少热量散失。
太阳能小屋研究报告太阳能小屋是一种利用太阳能进行供能的住宅建筑。
太阳能小屋的特点是具有自给自足的能源供应系统，可以利用太阳能发电、加热水和供暖。
在不依赖传统能源的情况下，太阳能小屋具有节能环保、可持续发展等优势。
本文将介绍太阳能小屋的工作原理、应用领域和未来发展趋势。
太阳能小屋的工作原理是利用太阳能电池板将太阳能转化为直流电，并通过逆变器将直流电转化为交流电。
这样就可以满足日常生活所需的电力需求。
同时，太阳能小屋利用太阳能热能集热器将太阳能转化为热能，用于加热水和室内供暖。
太阳能小屋还可以通过储能系统将多余的电能储存起来，用于夜晚或阴天时的使用。
太阳能小屋可以应用于多个领域。
首先，太阳能小屋可以用作乡村地区、山区和荒漠地区的独立供电系统。
在这些地区，传统能源供应难以满足需求，而太阳能小屋可以利用充足的太阳能资源为居民提供可靠的供电系统。
其次，太阳能小屋可以用作露营车和房车的能源供给系统。
太阳能小屋可以为这些车辆提供电力和热水，减少对传统能源的依赖。
再次，太阳能小屋也可以应用于建筑设计中。
通过在建筑物上安装太阳能电池板和热能集热器，可以减少对传统能源的使用，实现可持续发展。
太阳能小屋未来的发展趋势是提高能源效率和减少成本。
随着科技的进步，太阳能电池板的效率将不断提高，同时成本也会降低。
这将使太阳能小屋更加普及和可行。
此外，太阳能储能技术的发展也将促进太阳能小屋的应用。
储能系统可以储存多余的电能，以应对夜晚或阴天时的能源需求。
而且，太阳能小屋还可以通过与智能家居系统相结合，实现能源的智能管理和优化使用，进一步提高能源效率。
综上所述，太阳能小屋是一种利用太阳能进行供能的住宅建筑。
太阳能小屋具有自给自足的能源供应系统，可以满足日常生活所需的电力需求、加热水和供暖。
太阳能小屋可以应用于乡村地区、房车和建筑设计等领域。
未来，太阳能小屋的发展趋势是提高能源效率和减少成本，实现可持续发展。
太阳能设计的小屋方案摘要太阳能电池板方阵安装角度怎样计算由于太阳能发电系统的成本还是较高的，从我国现阶段的太阳能发电成本来看，其花费在太阳电池组件的费用大约为60～70％，因此，为了更加充分有效地利用太阳能，如何选取太阳电池方阵的方位角与倾斜角是一个十分重要的问题。
1.方位角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，方阵朝向正南（即方阵垂直面与正南的夹角为0°）时，太阳电池在设计太阳能小屋时，需在建筑物外表面（屋顶及外墙）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。
为了躲避太阳阴影时的方位角，以及布置规划、发电效率、设计规划、建设目的等许多因素都有关系。
如果要将方位角调整到在一天中负荷的峰值时刻与发电峰值时刻一致时，请参考下述的公式。
至于并网发电的场合，希望综合考虑以上各方面的情况来选定方位角。
方位角＝（一天中负荷的峰值时刻（24小时制）－12）×15＋（经度－116） 10月9日北京的太阳电池方阵处于不同方位角时，日射量与时间推移的关系曲线。
在不同的季节，各个方位的日射量峰值产生时刻是不一样的。
2.倾斜角倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角，并希望此夹角是方阵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。
基于LINGO11.0对太阳能小屋设计问题的模型研究摘要太阳能小屋的发电原理主要是利用小屋表面的光伏电池将吸收的太阳辐射能转化成电能。
在对太阳能小屋的设计进行模型研究时，核心是求解出光伏电池的最优铺设方案，包含对电池类型的选择及其价格的考虑。
本文通过建立一个以小屋全年太阳能发电总量最大及单位发电量费用最小的双目标规划模型，利用lingo11.0对该规划模型进行求解，可以得到合理、经济的电池搭配方案，再结合实际情况，例如地理位置、墙面大小等因素，就可以确定出太阳能小屋光伏电池的最优铺设方案。
关键词太阳能辐射能量；最优排布；双目标规划；lingo11.0 中图分类号tm615 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）93-0070-021问题重述太阳能小屋设计问题是2012年全国大学生数学建模大赛赛题，现将原题节选如下：设计太阳能小屋时需在其外表面铺设光伏电池，光伏电池组件产生的直流电需经过逆变器转换为交流电才能够被使用。
不同种类的光伏电池（共24种）价格差别很大且发电效率受地理位置等因素影响，故研究光伏电池的优化铺设显得尤为必要。
要求：光伏电池只能利用有效辐射量，只有同一型号的光伏电池可以串联，串联后的光伏电池组可并联且并联的各组端电压相差应小于10%，光伏电池组的端电压和总功率满足逆变器的工作参数。
现只考虑对太阳能小屋的南立面（有效铺设面积为19.24㎡）铺设光伏电池，利用所提供的数据，请求解出光伏电池的铺设方案，使得全年太阳能光伏发电量尽可能大且单位发电量费用尽可能小。
2 问题的建模2.1 问题的分析问题要求我们对小屋的南立面进行合理的铺设，并根据铺设方案选配相应的逆变器的容量和数量。
由于光伏电池铺设方案的总费用、全年发电量与电池板的选择、排布方案等因素有关，所以我们先从电池板的选择出发，对全部类型的电池板进行一个初步的筛选。
由题我们发现，不同类型的光伏电池各自具有不同的特点。
所以我们设定一个评价变量，用它来对每一种光伏电池打分，并根据结果筛选出性能最优的电池。
2012年全国大学生数学建模大赛B题--论文太阳能小屋的设计摘要：在太阳能小屋的设计中为实现太阳能光伏板最佳朝向、倾角及排布阵列设计及优化，通过建立倾斜放置的光伏板表面接收太阳辐射能模型，计算到达光伏板上的太阳辐射能量，推导出光伏板的最佳朝向及倾角。
为使光伏板最大限度地接收太阳辐射的能量，在选择合适的朝向及倾角的基础上，对光伏电池排布阵列，建立目标规划，并通过与实际逆变器的相互匹配，不断对目标进行优化，最终得到一组最优解。
通过上述研究，结合山西大同市本地情况，重新设计出一个更加适合当地地理及气象条件的太阳能光能房屋并为其选择最优的阵列排布方案。
针对问题一：电池板只是铺设房屋的表面，没有涉及到电池板放的角度问题，先求算出房屋的角度为10.62度，再根据角度，建立模型算出光伏板上太阳能辐射量。
并用目标规划阵列排列方案计算出电池的排布。
再通过排布计算出经济效益，最后得出35年之内无法收回成本。
针对问题二：通过对角度建立模型，计算得出最佳角度44.66度，通过排布计算出电池板排布最佳方案，建立模型计算出经济效益，在28.5年收回成本。
如考虑货币时间价值，35年的经济效益是亏损的。
针对问题三：要通过目标构建一个产电量尽量大，而成本尽量小的理想模型。
假设小屋无挑檐、挑雨棚（即房顶的边投影与房体的长宽投影相等），建立模型计算出最佳的图形，并画出模型图。
关键字：太阳能太阳能辐射模型最佳倾角电池模型目标规划一.阐述问题太阳能作为迄今人类所认识的最清洁的可再生能源，其与建筑一体化将在建筑节能中起到十分重要的作用。
屋顶在建筑外围结构中所接受的日照时间最长，接受的太阳辐射量也最大，具有利用太阳辐射的优越条件，同时，屋顶较开阔，便于大面积连续布置太阳能设备，因此，在城市中，建筑屋顶是太阳能利用的最佳场所。
目前，许多国家已纷纷实施和推广“太阳能屋顶计划”，如有德国十万屋顶计划、美国百万屋顶计划以及日本的新阳光计划等。
我国属于太阳能利用条件较好的地区，尤其是青藏高原地区太阳能。
火星上的多功能太阳能家园制作方案一、选题1.由于能源危机和环境污染日益严重，未来，人们登上火星并在火星上生活即将成为现实。
万物生长靠太阳，太阳是地球上所有能量的源泉，为使人类在火星上免受辐射等伤害，需要为常驻火星居民建造舒适的家园，科学家们必须加快新能源的开发，早日研究出高效而廉价、既能清洁环境，又能发电的多功能太阳能。
根据太阳产生能量的原理，制造一种全新的核反应堆，用核聚变产生能量，使多功能太阳能这种清洁能源得到普及。
2.运动会或大型集会之后，垃圾桶里总是有大量的雪糕棒，学期结束时，发现在校园里和马路上有大量的雪糕棒丢弃，造成了环境污染，于是便主动地进行整理收集,手工制作了火星小家园。
收集到的材料资源在质量、形态上较为完整，数量较多，不但保护了环境，还大大提高了同学们科学探索意识、创造能力和动手能力，并进一步加强了对新太阳能的宣传。
二、制作目的和基本思路：充分利用课余时间调动同学们的动手积极性，提高同学们的创新思维和丰富的想象能力。
创建孩子们心中未来的火星小家园，宣传普及多功能太阳能，变废为宝，培养同学们热爱科学、勇于进行科学探索的精神，增强他们热爱人类、保护环境的爱心。
从而起到启迪智慧、丰富想象、激发创造的作用。
在该项目中我们主要从以下几个方面来进行调查研究：（1）对科学家研究火星的知识你了解了多少？（2）平时是否关注太阳能的利用?对太阳能的原理你了解了多少？（3）平常吃完雪糕的雪糕棒如何处理，是否注意保护环境?（4）打扫卫生时发现的雪糕棒的大致数量?三、研究过程：1.搜集整理，查阅资料，了解宇宙知识火星自然环境、地质构造等科学知识。
2.通过随机选取区域收集丢弃的雪糕棒和问卷调查。
3.了解太阳能的利用程度、原理。
4.汇总结果，并将收集到的材料制作成各类精美的模型、摆件。
5.师生一起制作“火星上的多功能太阳能家园”。
6.在以“火星上的多功能太阳能家园”为主题的班队会，手工艺品摆件中加入太阳能屋的概念，号召全社会关注清洁能源的开发利用，教育同学们爱护环境，宣传利用清洁能源。
太阳能小屋光伏电池铺设方案研究与设计（数学科学学院）201010700062 乃菡清201010700064 汪玲201010700066 蒙爱球摘要本文在光伏电池组件贴附和安装方式下，对为使小屋全年太阳能光伏发电总量尽可能大、单位发电量费用尽可能小，应如何选择光伏电池组件的类型、铺设方式、连接方式及逆变器的选配规格进行了研究；并基于两方之间的关系为大同市设计出一种符合题目要求且发电功效最大的小屋。
问题一，在对光伏电池组件进行贴附安装的方式下，本问题的关键在于每个表面上的光伏电池组件该如何铺设，然而每个面上的可铺设区域是不规则的，即使编程也很难求解，故本文采取人工“铺设”的方法，将用不同型号的电池组件分别对顶面和东、南、西、北五个面进行铺设，得出每一种型号的电池在每一面尽可能多的铺设块数。
然后根据此型号的总块数及相应参数选择合适的逆变器。
之后，根据此面35年内各个时刻的辐射强度，结合电池的转换效率及逆变器的逆变效率计算出发电总量、单位发电量费用，并依据以全年发电总量尽可能大、单位发电费用尽可能小为目标函数，以光伏电池组件的可串并联性等约束条件建立的贴附安装优化模型选择适合此面的光伏电池组件型号、铺设块数及分组阵列连接方式。
计算显示只有顶面和西面有可行方案（投资回收年限不超过35年），两面上各自最优方案为：选用的电池、逆变器型号分别为A3、SN15和C2、SN11，顶面A3-SN15组合35年发电总量达到392495kWh，单位发电量费用为0.375元/kWh，西面C2-SN11组合35年发电总量达到31452kWh、单位发电量费用为0.329元/kWh。
问题二，此问题是在符合小屋建筑要求的情况下，重新设计小屋，并对所设计小屋的外表面优化铺设光伏电池，选配逆变器，使小屋全年的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。
在小屋外形设计上，为满足上述要求，小屋的最佳设计方案应使小屋外表面全年总辐射达到最大。
那么小屋的设计则可简化为一个单目标优化模型，以外表面总辐射为目标函数，小屋的建筑要求为约束条件，根据第一问最后得出小屋长15米，宽4.5米，净空高2.8米，总高5.4米，东西两面门窗面积为4.4平米，南北两面分别为14.7和7平米。
在设计出小屋各个墙面的门窗面积之后，考虑到门窗位置的设置对光伏电池的铺设也会产生很大的影响。
因此，需要对小屋各个表面的门窗位置进行合理的设置，即要考虑光伏电池的铺设面积也要考虑小屋的美观性及原有的结构性。
综合考虑上述因素后，计算得出只有顶面和南面有可行方案，两面上各自的最优方案为：选用的电池、逆变器型号分别为A3、SN15和B3、SN12，顶面A3-SN15组合35年发电总量达到392495kWh，单位发电量费用为0.375元/kWh，西面B3-SN12组合达到102273kWh、0.427元/kWh。
关键词：太阳能小屋设计；光伏电池；铺设方案；逆变器一问题重述在设计太阳能小屋时，需要在建筑物外屋顶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、安装部位及贴附方式等诸多因素的影响。
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。
参考附件提供的数据，对以下两个问题，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，且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：0.5元/kWh）及投资的回收年限。
每个问题都需配有图示，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量及选配逆变器规格列表。
在同一表面采用同一种类型的光伏电池组件时，同一型号的电池板可串联。
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。
问题1：根据山西省大同市的气象数据，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：根据附件7给出的小屋建筑要求，需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。
二问题分析本题主要在贴附一种光伏电池组件安装方式下，研究在小屋全年太阳能光伏发电总量尽可能大、单位发电量费用尽可能小的情况下，应如何选择光伏电池组件的类型、铺设方式、连接方式及逆变器的选配规格。
最后，基于贴附方式，按照所给的小屋建筑要求及小屋全年太阳能光伏发电总量尽可能大、单位发电量费用尽可能小的原则，设计小屋的外形图，并给出相应的光伏电池组件的类型、铺设方式、分组阵列连接方式及逆变器的选配规格。
在光伏电池组件贴附安装方式下，考虑到安装、串并联不同的光伏电池组件需要较高的技术成本以及不同类型组件所覆盖的墙面会使房屋的美观程度受到较大影响；另外，同一面选用不同的逆变器也会使电池组件和逆变器的安装增加较大难度，并且题目要求只考虑在同一面墙上要贴相同的电池组件，所以同一面只考虑使用一个逆变器。
首先将24种不同型号的电池组件依照铺设块数尽可能多的的原则对小屋顶面、东面、南面、西面、北面的可铺设部分进行铺设，然后根据铺设块数分别计算得出不同型号的电池组件在不同面上铺设所需要选择的逆变器、相应的发电成本，以及35年的发电总量、发电费用，最后依据发电总量尽可能大、单位发电量费用尽可能小的原则以及光伏电池组件的可串并联性选择合适的组件选择、铺设及分组阵列连接方式方案。
问题二，此问题是在符合小屋建筑要求的情况下，重新设计小屋，并对所设计小屋的外表面优化铺设光伏电池，选配逆变器，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。
在小屋外形设计上，为使满足上述要求，小屋的最佳设计方案应使小屋外表面全年总辐射达到最大。
那么小屋的设计则可简化为一个单目标优化模型，以外表面总辐射为目标函数，小屋的建筑要求为约束条件。
其中，我们可以求出顶面与水平面之间的最佳倾角为34.1°。
在设计出小屋各个墙面的门窗面积之后，门窗位置的设置对光伏电池的铺设也会产生很大的影响。
因此，需要对小屋各个表面的门窗位置进行合理的设置，即要考虑光伏电池的铺设面积也要考虑小屋的美观性及原有的结构性。
综合考虑上述因素后，计算得出可行方案。
三 模型假设依据问题分析，对模型做出如下合理假设：[1] 不考虑气温对光伏电池组件的转换效率产生影响； [2] 不考虑气温对逆变器的逆变效率产生影响；[3] 假设太阳光的辐射强度在任意一个时刻内均匀增大； [4] 假设所有电池组件的使用寿命都不小于35年；[5] 假设电池组件阵列发出的电都能够及时销售给电网，不产生蓄电； [6] 不考虑光的反射对光照强度产生的影响； [7] 假设小屋周围无遮挡物影响光照； [8] 假设民用电价35年内一直不变；[9] 不考虑电池组件和逆变器自身费用以外的任何发电费用； [10]成块的光伏电池组件不可分割； [11]不考虑货币时间价值或贴现率； [12]假设地球是一个球体；[13]同一表面超过一个逆变器会使安装成本增加很多； [14]不同型号的光伏电池组件连接需要付出较高的成本； [15]假设每一年的对应时刻的地球上的光照强度是相同的。
四 符号说明α 太阳高度角；A太阳方位角； T θ 太阳入射角；DN I 太阳法线辐射强度；dHI 水平面散射辐射强度；n λ 第n 个逆变器的逆变效率；k I 第k个表面的辐射强度；n P 第n 个逆变器的价格； j i N , 选用第i 种类型光伏第j个型号的组件数； *,j i η 为第i 种类型光伏第j 个型号组件调整后的转换效率；j i P , 每块第i 种类型光伏第j个型号组件的价格；β 大同市集热器倾斜角。
五 贴附安装优化模型建立与问题一求解一） 相关概念图-1 几种角度空间示意图1、时角()ω时角是以正午12点为0度开始算，每一小时为15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()()度1215-=s t ω (1)其中s t 为太阳时（单位：小时）。
2、赤纬角()δ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()()度⎪⎭⎫⎝⎛+=3652842sin 45.23n πδ (2)其中n 为日期序号。
3、太阳高度角()α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：ωδφδφαcos cos cos sin sin sin += (3)其中α为太阳高度角，ω为时角，δ为当时的太阳赤纬，φ为当地的纬度(大同的纬度为o 1.40)。
4、太阳方位角()A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。
下面的两个公式可以用来计算近似的太阳方位角，不过因为公式是使用余弦函数，所以方位角永远是正值，因此，角度永远被解释为小于180度，而必须依据时角来修正。
当时角为负值时 (上午)，方位角的角度小于180度，时角为正值时 (下午)，方位角应该大于180度，即要取补角的值。
αφδωφδcos sin cos cos cos sin cos -=A (4)5、太阳入射角)(T θ太阳光线与集热器表面法线之间的夹角,称为太阳光线的入射角。
可以由下式确定ωβδβφβφωδsin sin sin cos )cos sin sin cos (cos cos cos )cos sin cos cos sin (sin cos n n n T γγγβφβ-φδθ+++= （5）式中，β——斜面的倾角，即集热器倾角（面向南倾角为正）；n γ——斜面的方位角，即集热器的方位角，与太阳方位角同样按顺时针计量。
利用式（5）可以计算出任何地理位置、任何季节、任何时刻、任何斜面上的太阳光线入射角，从而对太阳能集热器的设计做出最佳的选择。
对于北半球来说，太阳能集热器通常是朝南放置的，对这些面向赤道的集热器，其方位角0=n γ，式（5）可以简化为)c o s (c o s c o s )s i n (s i n c o s βφωδβ-+-=φδθT （6）二）问题一分析由于不同面的光照强度不同，且不同面上的电池组件既不能串联也不能并联，故需要对不同的表面进行优化求解。
