面向净零能耗住宅的光伏板与电池容量配置问题的线性规划方法

全球对碳中和的追求导致基于可再生能源（RES）的发电厂数量显著增加。同时，众多家庭正在采用可再生能源自行发电，旨在降低电力成本和碳足迹。为支持这些用户，许多论文致力于为住宅能源系统制定最优投资策略。然而，这些研究往往忽略了碳中和等重要方面，仍存在显著差距。为此，本文通过提出一个约束优化问题来探索净零能耗住宅（ZEHs）——即设计为年净能耗接近于零的住宅——的概念，以寻找家庭集成的最佳光伏板数量和电池系统最优容量。由于该约束优化问题的非凸约束，求解较为困难。然而，通过应用一系列变换，我们揭示了可以找到一个计算上易于处理的等价线性规划（LP）问题。实现净零能耗住宅可以通过在优化问题中引入单一约束来解决。此外，我们针对该投资问题提出了一种共享经济方法，提供了一种可能降低投资成本并更有效促进实现净零能耗住宅的策略。最后，我们将所提出的框架应用于日本的一个社区作为案例研究，展示了长期实现净零能耗住宅的潜力。结果表明，在适当的激励下，用户可以实现净零能耗住宅，降低电力成本，并对主电网产生最小影响。