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太阳 能电池组件的方位角与倾斜角选定

日期:2015年5月8日 17:34

由于 太阳能是一种清洁的能源,它的 应用正在世界范围内快速地增长。利用 太阳光发电就是一种使用太阳能的方式,目前 建设一个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30~40%,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。

(一)

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 电池发电量是最大的。在偏离正南(北半球)30°度时,方阵 的发电量将减少约10%~15%;在偏离正南(北半球)60°时,方阵 的发电量将减少约20%~30%。但是,在晴朗的夏天,太阳 辐射能量的最大时刻是在中午稍后,因此 方阵的方位稍微向西偏一些时,在午 后时刻可获得最大发电功率。在不同的季节,太阳 电池方阵的方位稍微向东或西一些都有获得发电量最大的时候。方阵 设置场所受到许多条件的制约,例如,在地 面上设置时土地的方位角、在屋 顶上设置时屋顶的方位角,或者 是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。对于 积雪滑落的倾斜角,即使 在积雪期发电量少而年总发电量也存在增加的情况,因此,特别 是在并网发电的系统中,并不 一定优先考虑积雪的滑落,此外,还要 进一步考虑其它因素。对于正南(方位角为0°度),倾斜角从水平(倾斜角为0°度)开始 逐渐向最佳的倾斜角过渡时,其日 射量不断增加直到最大值,然后 再增加倾斜角其日射量不断减少。特别是在倾斜角大于50°~60°以后,日射量急剧下降,直至 到最后的垂直放置时,发电量下降到最小。方阵从垂直放置到10°~20°的倾 斜放置都有实际的例子。对于方位角不为0°度的情况,斜面 日射量的值普遍偏低,最大 日射量的值是在与水平面接近的倾斜角度附近。以上所述为方位角、倾斜 角与发电量之间的关系,对于 具体设计某一个方阵的方位角和倾斜角还应综合地进一步同实际情况结合起来考虑。

(二)

太阳 能电池组件的方位角与倾斜角选定是太阳能光伏系统设计时最重要的因素之一。所谓 方位角一般是指东西南北方向的角度。对于 太阳能光伏系统来说,方位角以正南为0°,由南 向东向北为负角度,由南 向本向北为下角度,如太阳在下东方向时,方位角为-90°,在正西方时方位角为90°。方位 角决定了阳光的入射方向,决定 了各个方向的山坡或不同朝向的建筑物的采光状况。倾斜角是地平面(水平面)与太 阳能电池组件之间的夹角。倾斜角为0°时表 示太阳能电池组件为水平设置,倾斜角为90°时表 示太阳能电池组件为垂直设置。

1、太阳 能电池方位角的选择。

在我国,太阳 能电池的方位角一般都选择正南方向,以使 太阳能电池单位容量的发电量最大。如果 受太阳能电池设置场所如屋顶、土坡、山地、建筑 物结构及阴影等的限制时,则应 考虑与它们的方位角一到,以求 充分利用现有的地形和有效面积,并尽量避开周围建、构筑 物或树木等产生的阴影。只要在正南±20°之内,都不 会对发电量有太大影响,条件允许的话,应尽可能偏西南20°之内,使太 阳能发电量的峰值出现在中午稍过后某时,这样有利冬季多发电。有些 太阳能光伏建筑一体化发电系统设计时,当正 南方向太阳能电池铺设面积不够大时,也可 将太阳能电池铺设在正东、正西方向。

2、太阳 能电池倾斜角的选择。

最理 想的倾斜角是使太阳能电池年发电量尽可能大,而冬 季和夏季发电量差异尽可能小时的倾斜角。一般 取当地纬度或当地纬度加上几度做为当地太阳能电池组件安装的倾斜角。当然 如果能够采用计算机辅助设计软件,可以 进行太阳能倾斜角的优化计算,使两 者能够兼顾就更好了,这对 于高纬度地区尤为重要。高纬 度地区的冬季和夏季水平面太阳辐射量差异非常大,例如 我国黑龙江省相差约5倍。如果 按照水平面辐射量参数时行设计,则蓄 电池冬季存储量过大,造成 蓄电池的设计容量和投资都加大。选择了最佳倾斜角,太阳 能电池面上冬季和夏季辐射量之差变小,蓄电 池的容量也可以减少,求得一个均衡,使系统造价降低,设计更为合理。

如果 没有条件对倾斜角进行计算机优化设计,也可 以根据当地纬度粗略确定太阳能电池的倾斜角:

纬度为0°~25°时,倾斜角等于纬度;

纬度为26°~40°时,倾斜角等于纬度加上5°~10°;

纬度为41°~55°时,倾斜角等于纬度加上10°~15°;

纬度为55°以上时,倾斜角等于纬度加上15°~20°。

但不 同类型的太阳能光伏发电系统,其最 佳安装倾斜角是有所不同的。例如 光控太阳能路灯照明系统等季节性负载供电的光伏发电系统,这类 负载的工作时间随着季节而变化,其特 点是以自然光线的来决定负载每天工作时间的长短。冬天时日照时间短,太阳能辐射能量小,而夜 间负载工作时间长,耗电量大。因此 系统设计时要考虑照顾冬天,按冬 天时能得到最大发电量的倾斜角确定,其倾 斜角应该比当地纬度角度大一些。而对 于主要为光伏水泵、制冷 空调等夏季负载供电的光伏系统,则应 考虑为夏季负载提供最大发电量,其倾 斜角应该比当地纬度的角度小一些。

所属类别: 聚焦光伏

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