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太陽能電池板方陣安裝角度計算

作者: 時間:2012-02-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  由于太陽能是一種清潔的能源,它的應用正在世界范圍內(nèi)快速地增長。利用太陽光發(fā)電就是一種使用太陽能的方式,可是目前建設(shè)一個太陽能發(fā)電系統(tǒng)的成本還是較高的,從我國現(xiàn)階段的太陽能發(fā)電成本來看,其花費在太陽電池組件的費用大約為30~40%,因此,為了更加充分有效地利用太陽能,如何選取太陽電池方陣的方位角與傾斜角是一個十分重要的問題。

  1.方位角

  太陽電池方陣的方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角(向東偏設(shè)定為負角度,向西偏設(shè)定為正角度)。一般情況下,方陣朝向正南(即方陣垂直面與正南的夾角為0°)時,太陽電池發(fā)電量是最大的。在偏離正南(北半球)30°度時,方陣的發(fā)電量將減少約10%~15%;在偏離正南(北半球)60°時,方陣的發(fā)電量將減少約20%~30%。但是,在晴朗的夏天,太陽輻射能量的最大時刻是在中午稍后,因此方陣的方位稍微向西偏一些時,在午后時刻可獲得最大發(fā)電功率。在不同的季節(jié),太陽電池方陣的方位稍微向東或西一些都有獲得發(fā)電量最大的時候。方陣設(shè)置場所受到許多條件的制約,例如,在地面上設(shè)置時土地的方位角、在屋頂上設(shè)置時屋頂?shù)姆轿唤牵蛘呤菫榱硕惚芴栮幱皶r的方位角,以及布置規(guī)劃、發(fā)電效率、設(shè)計規(guī)劃、建設(shè)目的等許多因素都有關(guān)系。 如果要將方位角調(diào)整到在一天中負荷的峰值時刻與發(fā)電峰值時刻一致時,請參考下述的公式。至于并網(wǎng)發(fā)電的場合,希望綜合考慮以上各方面的情況來選定方位角。方位角 =(一天中負荷的峰值時刻(24小時制)-12)×15+(經(jīng)度-116) 10月9日北京的太陽電池方陣處于不同方位角時,日射量與時間推移的關(guān)系曲線。在不同的季節(jié),各個方位的日射量峰值產(chǎn)生時刻是不一樣的。

  2.傾斜角

  傾斜角是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角,并希望此夾角是方陣一年中發(fā)電量為最大時的最佳傾斜角度。 一年中的最佳傾斜角與當?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān),當緯度較高時,相應的傾斜角也大。但是,和方位角一樣,在設(shè)計中也要考慮到屋頂?shù)膬A斜角及積雪滑落的傾斜角(斜率大于50%-60%)等方面的限制條件。對于積雪滑落的傾斜角,即使在積雪期發(fā)電量少而年總發(fā)電量也存在增加的情況,因此,特別是在并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)中,并不一定優(yōu)先考慮積雪的滑落,此外,還要進一步考慮其它因素。 對于正南(方位角為0°度),傾斜角從水平(傾斜角為0°度)開始逐漸向最佳的傾斜角過渡時,其日射量不斷增加直到最大值,然后再增加傾斜角其日射量不斷減少。特別是在傾斜角大于50°~60°以后,日射量急劇下降,直至到最后的垂直放置時,發(fā)電量下降到最小。方陣從垂直放置到10°~20°的傾斜放置都有實際的例子。對于方位角不為0°度的情況,斜面日射量的值普遍偏低,最大日射量的值是在與水平面接近的傾斜角度附近。 以上所述為方位角、傾斜角與發(fā)電量之間的關(guān)系,對于具體設(shè)計某一個方陣的方位角和傾斜角還應綜合地進一步同實際情況結(jié)合起來考慮。

  3.陰影對發(fā)電量的影響

一般情況下,我們在計算發(fā)電量時,是在方陣面完全沒有陰影的前提下得到的。因此,如果太陽電池不能被日光直接照到時,那么只有散射光用來發(fā)電,此時的發(fā)電量比無陰影的要減少約10%~20%。針對這種情況,我們要對理論計算值進行校正。 通常,在方陣周圍有建筑物及山峰等物體時,太陽出來后,建筑物及山的周圍會存在陰影,因此在選擇敷設(shè)方陣的地方時應盡量避開陰影。如果實在無法躲開,也應從太陽電池的接線方法上進行解決,使陰影對發(fā)電量的影響降低到最低程度。 另外,如果方陣是前后放置時,后面的方陣與前面的方陣之間距離接近后,前邊方陣的陰影會對后邊方陣的發(fā)電量產(chǎn)生影響。有一個高為L1的竹竿,其南北方向的陰影長度為L2,太陽高度(仰角)為A,在方位角為B時,假設(shè)陰影的倍率為R,則:

  R = L2/L1 = ctgA×cosB

  此式應按冬至那一天進行計算,

  因為,那一天的陰影最長。例如方陣的上邊緣的高度為h1,下邊緣的高度為h2,則:方陣之間的距離a = (h1-h2)×R。當緯度較高時,方陣之間的距離加大,相應地設(shè)置場所的面積也會增加。對于有防積雪措施的方陣來說,其傾斜角度大,因此使方陣的高度增大,為避免陰影的影響,相應地也會使方陣之間的距離加大。通常在排布方陣陣列時,應分別選取每一個方陣的構(gòu)造尺寸,將其高度調(diào)整到合適值,從而利用其高度差使方陣之間的距離調(diào)整到最小。 具體的太陽電池方陣設(shè)計,在合理確定方位角與傾斜角的同時,還應進行全面的考慮,才能使方陣達到最佳狀態(tài)。



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