異星工廠太陽能板與電池配比

在之前就對太陽能與蓄電池方面進(jìn)行了一些研究，不過還是局限于最基本的常規(guī)觀測及簡單推導(dǎo)，并沒有做到精確到地定量優(yōu)化。而以下的文章將通過量化研究得出，太陽能板平均一天可發(fā)出最大功率70%的電，科學(xué)的池板比應(yīng)為6:7。

第一節(jié) Factorio世界中的時間周期

元首改造了TimeDisplay這個MOD，讓它能精確地測量這個研究。具體來說，就是找下面這兩個值之間的關(guān)系：

game.tick —— 總游戲運行時間，單位tick

game.daytime —— 0-1的值，表征周期一天的進(jìn)展，正午為0，正半夜為0.5

得到如下結(jié)論：

1.1 時間單位

1 hour = 60 min

1 min = 60 sencond

1 sencond = 60 tick

其中tick為游戲的最小時間單位，即每一次更新運算間隔的時間差。

1.2 全天時間

精確的測量結(jié)果是，一天 = 24966.095238095 tick

實際應(yīng)用時，按 一天 = 416 sencond 即可。（誤差約為萬分之二）

1.3 時間周期

以下部分為粗略的推論，沒精確測量，但根據(jù)后面的論述及之前的實驗數(shù)據(jù)證實其為精確的。

以game.daytime值表征時間進(jìn)展：

0.00-0.25 下午，陽光充足

0.25-0.45 黃昏，陽光漸弱

0.45-0.55 半夜，沒有陽光

0.55-0.75 清晨，陽光漸強

0.75-1.00 上午，陽光充足

第二節(jié) 太陽能板的發(fā)電

根據(jù)電力統(tǒng)計曲線，可以很容易地發(fā)現(xiàn)，黃昏及清晨時，太陽能板的發(fā)電功率是均勻地線性增加或減少。這樣就可以得到單個太陽能板的發(fā)電曲線。

根據(jù)曲線可以很容易地算出太陽能板一天周期內(nèi)的平均功率：(0.25+0.2/2+0.1*0+0.2/2+0.25)*60kW=42kW

也就是說蓄電池可以充分保障時，太陽能板一天可穩(wěn)定輸出42kW的電力（即70%的使用率）。

再驗證一下一天發(fā)電量，416s*42kW = 17.472MJ ，這與之前的研究結(jié)論也是相符的。

第三節(jié) 蓄電池的科學(xué)匹配

蓄電池的科學(xué)匹配，就是在以下假定下研究單個太陽能板所需的最大蓄電容量：

1. 所考慮的電網(wǎng)中沒有其它發(fā)電來源（如汽輪機(jī)）；

2. 電網(wǎng)的負(fù)載恒定為太陽能板的平均功率42kW。

這樣就可以想象蓄電池的工作情況：清晨發(fā)電功率為42kW時蓄電池蓄電量為0，然后隨著發(fā)電功率提升蓄電池開始蓄電；到黃昏發(fā)電功率為42kW時蓄電池開始放電，如此循環(huán)。

這樣在蓄電時間段內(nèi)對凈發(fā)電量積分，可以算出蓄電池的最大蓄電量為 0.56*416s*(60kW-42kW)=4.19328MJ。

這個結(jié)果說明，一個太陽能板僅需4.19328MJ的蓄電量就足以穩(wěn)定輸出42kW的電能了。

對這個結(jié)論組合一下，最小的一組比較好的結(jié)果是：

7個太陽能板需要的蓄電量=7*4.19328MJ=29.35296MJ

6個基礎(chǔ)蓄電池的總蓄電量=6*5.0MJ=30.0MJ

這樣個比例還能保證實際蓄電量比理論值高一點點，能維持穩(wěn)定運行，所以說科學(xué)的池板比應(yīng)該為6:7。

應(yīng)用該理論的一個布局（黑盒）

占地面積18×18

太陽能板24個，蓄電量需求=24*4.19328MJ=100.63872MJ

蓄電池22個，蓄電量供給=22*5.0MJ=110MJ

多余的9MJ多蓄電量可以用作額外保障