太陽能電池板方位角和傾角與發電量的關係

發佈日期: 2013 年 03 月 18 日 0:00 | 作者: | 分類: 綠能知識

太陽能是一種清潔的能源,它的應用正在世界範圍內快速地增長。利用太陽光發電就是一種使用太陽能的方式,可是目前建一個太陽能發電系統的成本還是較高的,從我國現階段的太陽能發電成本來看,其花費在太陽電池組件的費用大約為60~70%,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(向東偏設定為負角度,向西偏設定為正角度)。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,太陽電池發電量是最大的。在偏離正南(北半球)30°度時,方陣的發電量將減少約10%~15%;在偏離正南(北半球)60°時,方陣的發電量將減少約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後,因此方陣的方位稍微向西偏一些時,在午後時刻可獲得最大發電功率。在不同的季節,太陽電池方陣的方位稍微向東或西一些都有獲得發電量最大的時候。方陣設置場所受到許多條件的制約,例如,在地面上設置時土地的方位角、在屋頂上設置時屋頂的方位角,或者是為了躲避太陽陰影時的方位角,以及佈置規劃、發電效率、設計規劃、建設目的等許多因素都有關係。如果要將方位角調整到在一天中負荷的峰值時刻與發電峰值時刻一致時,請參考下述的公式。至於並網發電的場合,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+(經度-116)10月9日北京的太陽電池方陣處於不同方位角時,日射量與時間推移的關係曲線。在不同的季節,各個方位的日射量峰值產生時刻是不一樣的。

2. 傾斜角

傾斜角是太陽電池方陣平面與水準地面的夾角,並希望此夾角是方陣一年中發電量為最大時的最佳傾斜角度。一年中的最佳傾斜角與當地的地理緯度有關,當緯度較高時,相應的傾斜角也大。但是,和方位角一樣,在設計中也要考慮到屋頂的傾斜角及積雪滑落的傾斜角(斜率大於50%-60%)等方面的限制條件。對於積雪滑落的傾斜角,即使在積雪期發電量少而年總發電量也存在增加的情況,因此,特別是在並網發電的系統中,並不一定優先考慮積雪的滑落,此外,還要進一步考慮其它因素。對於正南(方位角為0°度),傾斜角從水準(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,然後再增加傾斜角其日射量不斷減少。特別是在傾斜角大於50°~60°以後,日射量急劇下降,直至到最後的垂直放置時,發電量下降到最小。方陣從垂直放置到10°~20°的傾斜放置都有實際的例子。對於方位角不為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、傾斜角與發電量之間的關係,對於具體設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合起來考慮。

3. 陰影對發電量的影響

一般情況下,我們在計算發電量時,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,那麼只有散射光用來發電,此時的發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,在方陣周圍有建築物及山峰等物體時,太陽出來後,建築物及山的周圍會存在陰影,因此在選擇敷設方陣的地方時應儘量避開陰影。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,使陰影對發電量的影響降低到最低程度。另外,如果方陣是前後放置時,後面的方陣與前面的方陣之間距離接近後,前邊方陣的陰影會對後邊方陣的發電量產生影響。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,相應地設置場所的面積也會增加。對於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造尺寸,將其高度調整到合適值,從而利用其高度差使方陣之間的距離調整到最小。具體的太陽電池方陣設計,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。

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