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如何巧用方位角和傾斜角增大光伏電站的發(fā)電量?
日期:2018-02-27   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:wangke 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
編者按:由于太陽能是一種清潔的能源,它的應(yīng)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,目前建設(shè)一個(gè)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(fèi)在太陽電池組件的費(fèi)用大約為40~50%,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(gè)十分重要的問題。
 
 
1、定義
 
太陽能電池組件的方位角與傾斜角選定是太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)最重要的因素之一。
 
所謂方位角一般是指東西南北方向的角度。對于太陽能光伏系統(tǒng)來說,方位角以正南為0°,由南向東向北為負(fù)角度,由南向西向北為正角度如太陽在正東方向時(shí),方位角為-90°,在正西方時(shí)方位角為90°。
 
方位角決定了陽光的入射方向,決定了各個(gè)方向的山坡或不同朝向的建筑物的采光狀況。傾斜角是地平面(水平面)與太陽能電池組件之間的夾角。
 
傾斜角為0°時(shí)表示太陽能電池組件為水平設(shè)置,傾斜角為90°時(shí)表示太陽能電池組件為垂直設(shè)置。
 
 
2、方位角選擇
 
在我國,太陽能電池的方位角一般都選擇正南方向,以使太陽能電池單位容量的發(fā)電量最大。
 
在偏離正南(北半球)30°度時(shí),方陣的發(fā)電量將減少約10%~15%;在偏離正南(北半球)60°時(shí),方陣的發(fā)電量將減少約20%~30%。
 
如果受太陽能電池設(shè)置場所如屋頂、土坡、山地、建筑物結(jié)構(gòu)及陰影等的限制時(shí),則應(yīng)考慮與它們的方位角一到,以求充分利用現(xiàn)有的地形和有效面積,并盡量避開周圍建、構(gòu)筑物或樹木等產(chǎn)生的陰影。
 
只要在正南±20°之內(nèi),都不會對發(fā)電量有太大影響,條件允許的話,應(yīng)盡可能偏西南20°之內(nèi),使太陽能發(fā)電量的峰值出現(xiàn)在中午稍過后某時(shí),這樣有利冬季多發(fā)電。
 
有些太陽能光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),當(dāng)正南方向太陽能電池鋪設(shè)面積不夠大時(shí),也可將太陽能電池鋪設(shè)在正東、正西方向。
 
 
3、傾角選擇
 
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(shí)的最佳傾斜角度。
 
一年中的最佳傾斜角與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān),當(dāng)緯度較高時(shí),相應(yīng)的傾斜角也大。但是,和方位角一樣,在設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí),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(shí),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(shí)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(jì)某一個(gè)方陣的方位角和傾斜角還應(yīng)綜合地進(jìn)一步同實(shí)際情況結(jié)合起來考慮。
 
4、理想傾角
 
最理想的傾斜角是使太陽能電池年發(fā)電量盡可能大,而冬季和夏季發(fā)電量差異盡可能小時(shí)的傾斜角。
 
一般取當(dāng)?shù)鼐暥然虍?dāng)?shù)鼐暥燃由蠋锥茸鰹楫?dāng)?shù)靥柲茈姵亟M件安裝的傾斜角。當(dāng)然如果能夠采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件,可以進(jìn)行太陽能傾斜角的優(yōu)化計(jì)算,使兩者能夠兼顧就更好了,這對于高緯度地區(qū)尤為重要。
 
高緯度地區(qū)的冬季和夏季水平面太陽輻射量差異非常大,例如我國黑龍江省相差約5倍。如果按照水平面輻射量參數(shù)時(shí)行設(shè)計(jì),則蓄電池冬季存儲量過大,造成蓄電池的設(shè)計(jì)容量和投資都加大。
 
選擇了最佳傾斜角,太陽能電池面上冬季和夏季輻射量之差變小,蓄電池的容量也可以減少,求得一個(gè)均衡,使系統(tǒng)造價(jià)降低,設(shè)計(jì)更為合理。
 
如果沒有條件對傾斜角進(jìn)行計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì),也可以根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥却致源_定太陽能電池的傾斜角:
 
緯度為0°~25°時(shí),傾斜角等于緯度;
 
緯度為26°~40°時(shí),傾斜角等于緯度加上5°~10°;
 
緯度為41°~55°時(shí),傾斜角等于緯度加上10°~15°;
 
緯度為55°以上時(shí),傾斜角等于緯度加上15°~20°。
 
但不同類型的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng),其最佳安裝傾斜角是有所不同的。例如光控太陽能路燈照明系統(tǒng)等季節(jié)性負(fù)載供電的光伏發(fā)電系統(tǒng),這類負(fù)載的工作時(shí)間隨著季節(jié)而變化,其特點(diǎn)是以自然光線的來決定負(fù)載每天工作時(shí)間的長短。
 
冬天時(shí)日照時(shí)間短,太陽能輻射能量小,而夜間負(fù)載工作時(shí)間長,耗電量大。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮照顧冬天,按冬天時(shí)能得到最大發(fā)電量的傾斜角確定,其傾斜角應(yīng)該比當(dāng)?shù)鼐暥冉嵌却笠恍?/div>
 
而對于主要為光伏水泵、制冷空調(diào)等夏季負(fù)載供電的光伏系統(tǒng),則應(yīng)考慮為夏季負(fù)載提供最大發(fā)電量,其傾斜角應(yīng)該比當(dāng)?shù)鼐暥鹊慕嵌刃∫恍?/div>
 
原標(biāo)題:如何巧用方位角和傾斜角增大光伏電站的發(fā)電量?
 
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來源:CPVT國家光伏質(zhì)檢中心
 
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