太陽(yáng)能板安裝角度

1、太陽(yáng)能方陣安裝角度的計(jì)算由于太陽(yáng)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(zhǎng)。利用太陽(yáng)光發(fā)電就是一種使用太陽(yáng)能的方式， 可是目前建設(shè)一個(gè) 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的成本還是較高的， 從我國(guó)現(xiàn)階段的太陽(yáng)能發(fā)電成本 來(lái)看，其花費(fèi)在太陽(yáng)電池組件的費(fèi)用大約為60 70%,因此，為了更加充分有效地利用太陽(yáng)能， 如何選取太陽(yáng)電池方陣的方位角與傾斜 角是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。 1. 方位角 太陽(yáng)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(fù)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(shí),太陽(yáng)電池發(fā)電量是最大的。在 偏離正南（北半

2、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%。 但是,在晴朗的夏天,太陽(yáng)輻射能量的最大時(shí)刻是在中午稍后,因此 方陣的方位稍微向西偏一些時(shí), 在午后時(shí)刻可獲得最大發(fā)電功率。 在 不同的季節(jié), 太陽(yáng)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(shí)候。方陣設(shè)置場(chǎng)所受到許多條件的制約,例如,在地面上設(shè) 置時(shí)土地的方位角、 在屋頂上設(shè)置時(shí)屋頂?shù)姆轿唤? 或者是為了躲避 太陽(yáng)陰影時(shí)的方位角,以及布置規(guī)劃、發(fā)電效率、設(shè)計(jì)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(fù)荷的峰 值時(shí)刻與發(fā)

3、電峰值時(shí)刻一致時(shí), 請(qǐng)參考下述的公式。 至于并網(wǎng)發(fā)電的場(chǎng)合，希望綜合考慮以上各方面的情況來(lái)選定方位角。方位角=（一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻（24小時(shí)制）一12）X 15+（經(jīng)度一116） 10 月 9 日北京的太陽(yáng)電池方陣處于不同方位角時(shí)， 日射量與時(shí)間推移的 關(guān)系曲線(xiàn)。 在不同的季節(jié)， 各個(gè)方位的日射量峰值產(chǎn)生時(shí)刻是不一樣 的。2. 傾斜角 傾斜角是太陽(yáng)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) 地的地理緯度有關(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 5

4、0-60）等方面的限制條件。 對(duì)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(duì)于正南（方位角為 0°度），傾斜角從水平（傾斜角為 0°度）開(kāi)始逐漸向最佳的傾斜角過(guò)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(duì)于方位角不為 0。度的情況，斜面日射量的值 普遍偏低，

5、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(duì)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(lái)考慮。3. 陰影對(duì)發(fā)電量的影響 一般情況下，我們?cè)谟?jì)算發(fā)電量時(shí)，是在方 陣面完全沒(méi)有陰影的前提下得到的。 因此，如果太陽(yáng)電池不能被日光 直接照到時(shí)， 那么只有散射光用來(lái)發(fā)電， 此時(shí)的發(fā)電量比無(wú)陰影的要 減少約10%20%。針對(duì)這種情況，我們要對(duì)理論計(jì)算值進(jìn)行校正。 通常，在方陣周?chē)薪ㄖ锛吧椒宓任矬w時(shí)，太陽(yáng)出來(lái)后，建筑物及 山的周?chē)鷷?huì)存在陰影，因此在選擇敷設(shè)方陣的地方時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)陰 影。如果實(shí)在無(wú)法躲開(kāi)，也應(yīng)從太陽(yáng)電池的接

6、線(xiàn)方法上進(jìn)行解決，使 陰影對(duì)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(shí)，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(huì)對(duì) 后邊方陣的發(fā)電量產(chǎn)生影響。有一個(gè)高為 L1 的竹竿，其南北方向的 陰影長(zhǎng)度為L(zhǎng)2,太陽(yáng)高度(仰角)為A,在方位角為B時(shí)，假設(shè)陰影 的倍率為R,貝心R = L2/L1= ctgA x cosB此式應(yīng)按冬至那一天進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)?，那一天的陰影最長(zhǎng)。例如方陣的上邊緣的高度為hl,下邊緣的高度為h2,貝卩：方陣之間的距離a = ( h1-h2) x R。當(dāng)緯度較高 時(shí)，方陣之間的距離加大， 相應(yīng)地設(shè)置場(chǎng)所的面積也會(huì)增加。對(duì)于有 防積雪措施的方陣來(lái)說(shuō)，其傾斜角

7、度大，因此使方陣的高度增大，為 避免陰影的影響， 相應(yīng)地也會(huì)使方陣之間的距離加大。 通常在排布方 陣陣列時(shí)， 應(yīng)分別選取每一個(gè)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(yáng) 電池方陣設(shè)計(jì)， 在合理確定方位角與傾斜角的同時(shí)， 還應(yīng)進(jìn)行全面的 考慮，才能使方陣達(dá)到最佳狀態(tài)。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)原理光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 引言經(jīng)過(guò)光伏工作者們堅(jiān)持不懈的努力， 太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)技術(shù)不斷 得到提高，并且日益廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。特別是郵電通信方面， 由于近年來(lái)通信行業(yè)的迅猛發(fā)展， 對(duì)通信電源的要求也越來(lái)越高， 所 以穩(wěn)定可靠的太陽(yáng)能電源被廣泛使用于通信領(lǐng)

8、域。 而如何根據(jù)各地區(qū) 太陽(yáng)能輻射條件， 來(lái)設(shè)計(jì)出既經(jīng)濟(jì)而又可靠的光伏電源系統(tǒng)， 這是眾 多專(zhuān)家學(xué)者研究已久的課題， 而且已有許多卓越的研究成果， 為我國(guó) 光伏事業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 筆者在學(xué)習(xí)各專(zhuān)家的設(shè)計(jì)方法時(shí) 發(fā)現(xiàn)，這些設(shè)計(jì)僅考慮了蓄電池的自維持時(shí)間 （即最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天） ， 而沒(méi)有考慮到虧電后的蓄電池最短恢復(fù)時(shí)間 （即兩組最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天 之間的最短間隔天數(shù)） 。這個(gè)問(wèn)題尤其在我國(guó)南方地區(qū)應(yīng)引起高度重 視，因?yàn)槲覈?guó)南方地區(qū)陰雨天既長(zhǎng)又多， 而對(duì)于方便適用的獨(dú)立光伏 電源系統(tǒng)， 由于沒(méi)有應(yīng)急的其他電源保護(hù)備用， 所以應(yīng)該將此問(wèn)題納 入設(shè)計(jì)中一起考慮。本文綜合以往各設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)， 結(jié)合

9、筆者多年來(lái)實(shí)際從事光伏 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的經(jīng)驗(yàn)， 引入兩組最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天之間的最短間隔 天數(shù)作為設(shè)計(jì)的依據(jù)之一， 并綜合考慮了各種影響太陽(yáng)能輻射條件的 因素，提出了太陽(yáng)能電池、 蓄電池容量的計(jì)算公式， 及相關(guān)設(shè)計(jì)方法。2 影響設(shè)計(jì)的諸多因素 太陽(yáng)照在地面太陽(yáng)能電池方陣上的輻射光的光譜、 光強(qiáng)受到大氣 層厚度（即大氣質(zhì)量） 、地理位置、所在地的氣候和氣象、地形地物 等的影響，其能量在一日、 一月和一年內(nèi)都有很大的變化，甚至各年 之間的每年總輻射量也有較大的差別。太陽(yáng)能電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率， 受到電池本身的溫度、 太陽(yáng)光 強(qiáng)和蓄電池電壓浮動(dòng)的影響， 而這三者在一天內(nèi)都會(huì)發(fā)生變化， 所以 太陽(yáng)能電

10、池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率也是變量。蓄電池組也是工作在浮充電狀態(tài)下的， 其電壓隨方陣發(fā)電量和負(fù) 載用電量的變化而變化。蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。太陽(yáng)能電池充放電控制器由電子元器件制造而成， 它本身也需要 耗能，而使用的元器件的性能、質(zhì)量等也關(guān)系到耗能的大小，從而影 響到充電的效率等。負(fù)載的用電情況， 也視用途而定，如通信中繼站、 無(wú)人氣象站等， 有固定的設(shè)備耗電量。而有些設(shè)備如燈塔、航標(biāo)燈、民用照明及生活 用電等設(shè)備，用電量是經(jīng)常有變化的。設(shè)計(jì)者的任務(wù)是： 在太陽(yáng)能電池方陣所處的環(huán)境條件下 （即現(xiàn)場(chǎng) 的地理位置、太陽(yáng)輻射能、氣候、氣象、地形和地物等） ，設(shè)計(jì)的太 陽(yáng)能電池方陣及蓄電池電源系

11、統(tǒng)既要講究經(jīng)濟(jì)效益， 又要保證系統(tǒng)的 高可靠性。某特定地點(diǎn)的太陽(yáng)輻射能量數(shù)據(jù)，以氣象臺(tái)提供的資料為依據(jù)， 供設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池方陣用。 這些氣象數(shù)據(jù)需取積累幾年甚至幾十年的 平均值。地球上各地區(qū)受太陽(yáng)光照射及輻射能變化的周期為一天 24h。處 在某一地區(qū)的太陽(yáng)能電池方陣的發(fā)電量也有 24h的周期性的變化，其 規(guī)律與太陽(yáng)照在該地區(qū)輻射的變化規(guī)律相同。 但是天氣的變化將影響 方陣的發(fā)電量。如果有幾天連續(xù)陰雨天，方陣就幾乎不能發(fā)電，只能 靠蓄電池來(lái)供電， 而蓄電池深度放電后又需盡快地將其補(bǔ)充好。 設(shè)計(jì) 者多數(shù)以氣象臺(tái)提供的太陽(yáng)每天總的輻射能量或每年的日照時(shí)數(shù)的 平均值作為設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)。 由于一個(gè)地區(qū)各

12、年的數(shù)據(jù)不相同， 為可 靠起見(jiàn)應(yīng)取近十年內(nèi)的最小數(shù)據(jù)。 根據(jù)負(fù)載的耗電情況， 在日照和無(wú) 日照時(shí)，均需用蓄電池供電。 氣象臺(tái)提供的太陽(yáng)能總輻射量或總?cè)照?時(shí)數(shù)對(duì)決定蓄電池的容量大小是不可缺少的數(shù)據(jù)。對(duì)太陽(yáng)能電池方陣而言， 負(fù)載應(yīng)包括系統(tǒng)中所有耗電裝置 （除用 電器外還有蓄電池及線(xiàn)路、控制器等）的耗量。方陣的輸出功率與組件串并聯(lián)的數(shù)量有關(guān)， 串聯(lián)是為了獲得所需 要的工作電壓， 并聯(lián)是為了獲得所需要的工作電流， 適當(dāng)數(shù)量的組件 經(jīng)過(guò)串并聯(lián)即組成所需要的太陽(yáng)能電池方陣。3 蓄電池組容量設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置主要是蓄電池。 與太陽(yáng)能電池方 陣配套的蓄電池通常工作在浮充狀態(tài)下， 其電壓隨方陣發(fā)

13、電量和負(fù)載用電量的變化而變化。 它的容量比負(fù)載所需的電量大得多。 蓄電池提 供的能量還受環(huán)境溫度的影響。 為了與太陽(yáng)能電池匹配， 要求蓄電池 工作壽命長(zhǎng)且維護(hù)簡(jiǎn)單。（1）蓄電池的選用 能夠和太陽(yáng)能電池配套使用的蓄電池種類(lèi)很多， 目前廣泛采用的 有鉛酸免維護(hù)蓄電池、 普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。 國(guó)內(nèi) 目前主要使用鉛酸免維護(hù)蓄電池， 因?yàn)槠涔逃械摹懊狻本S護(hù)特性及對(duì) 環(huán)境較少污染的特點(diǎn)， 很適合用于性能可靠的太陽(yáng)能電源系統(tǒng)， 特別 是無(wú)人值守的工作站。 普通鉛酸蓄電池由于需要經(jīng)常維護(hù)及其環(huán)境污 染較大，所以主要適于有維護(hù)能力或低檔場(chǎng)合使用。 堿性鎳鎘蓄電池 雖然有較好的低溫、過(guò)充、過(guò)放性能

14、，但由于其價(jià)格較高，僅適用于 較為特殊的場(chǎng)合。（2）蓄電池組容量的計(jì)算 蓄電池的容量對(duì)保證連續(xù)供電是很重要的。 在一年內(nèi)， 方陣發(fā)電 量各月份有很大差別。 方陣的發(fā)電量在不能滿(mǎn)足用電需要的月份， 要 靠蓄電池的電能給以補(bǔ)足； 在超過(guò)用電需要的月份， 是靠蓄電池將多 余的電能儲(chǔ)存起來(lái)。 所以方陣發(fā)電量的不足和過(guò)剩值， 是確定蓄電池 容量的依據(jù)之一。 同樣， 連續(xù)陰雨天期間的負(fù)載用電也必須從蓄電池 取得。所以，這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因素之一。因此，蓄電池的容量BC計(jì)算公式為：BC=A< QD NLX TQ7 CCAh（1）式中：A為安全系數(shù)，取之間；QL為負(fù)載日平均耗電量，為工作

15、電流乘以日工作小時(shí)數(shù)；NL為最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)；TO為溫度修正系數(shù)，一般在 0C以上取1, 10C以上取，10C以 下?。籆C為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取，堿性鎳鎘蓄電池取。4太陽(yáng)能電池方陣設(shè)計(jì)（ 1 ）太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)數(shù) Ns 將太陽(yáng)能電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來(lái),就可獲得所需要的工作電 壓,但是,太陽(yáng)能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng)。串聯(lián)數(shù)太少,串聯(lián)電 壓低于蓄電池浮充電壓, 方陣就不能對(duì)蓄電池充電。 如果串聯(lián)數(shù)太多 使輸出電壓遠(yuǎn)高于浮充電壓時(shí), 充電電流也不會(huì)有明顯的增加。 因此, 只有當(dāng)太陽(yáng)能電池組件的串聯(lián)電壓等于合適的浮充電壓時(shí), 才能達(dá)到 最佳的充電狀態(tài)。計(jì)算方法如下：Ns=UR/U

16、oc=（UfUDUc）/Uoc（2）式中：UR為太陽(yáng)能電池方陣輸出最小電壓；Uoc為太陽(yáng)能電池組件的最佳工作電壓；Uf 為蓄電池浮充電壓；UD為二極管壓降，一般?。籙C為其它因數(shù)引起的壓降。表 1 我國(guó)主要城市的輻射參數(shù)表城市 緯度日輻射量Ht最佳傾角 op斜面日輻射量 修正系數(shù)Kop哈爾濱 12703+ 3 15838 長(zhǎng)春 13572 + 1 17127 沈陽(yáng) 13793 + 1 16563 北京 15261 + 4 18035 天津 14356 + 5 16722 呼和浩特 16574 + 3 20075 太原 15061 + 5 17394 烏魯木齊 14464 + 12 16594

17、西寧 16777 + 1 19617 蘭州 14966 + 8 15842 銀川 16553 + 2 19615 西安 12781 + 14 12952 上海 12760 + 3 13691 南京 13099 + 5 14207 合肥 12525 + 9 13299 杭州 11668 + 3 12372 南昌 13094 + 2 13714 福州 12001 + 4 12451濟(jì)南 14043 + 6 15994 鄭州 13332 + 7 14558 武漢 13201 + 7 13707長(zhǎng)沙 11377 + 6 11589廣州 12110 7 12702?？?13835 + 12 13510南

18、寧 12515 + 5 12734成都 10392 + 2 10304貴陽(yáng) 10327 + 8 10235昆明 14194 8 15333拉薩 21301 8 24151蓄電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數(shù)有關(guān)， 應(yīng)等于在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯(lián)的電池?cái)?shù)。( 2)太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù) Np在確定NP之前，我們先確定其相關(guān)量的計(jì)算方法。 將太陽(yáng)能電池方陣安裝地點(diǎn)的太陽(yáng)能日輻射量Ht ，轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的平均日輻射時(shí)數(shù) H (日輻射量參見(jiàn)表1):H二Htx/ 10000h (3)式中：/10000(h?m2/kJ)為將日輻射量換算為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng) (1000W/m2下的平均日輻射時(shí)

19、數(shù)的系數(shù)。 太陽(yáng)能電池組件日發(fā)電量 QpQp=locX HX Kopx CzAh(4)式中： Ioc 為太陽(yáng)能電池組件最佳工作電流；Kop為斜面修正系數(shù)(參照表1);Cz 為修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取 兩組最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)Nw此數(shù)據(jù)為本設(shè)計(jì)之獨(dú)特之處，主要考慮要在此段時(shí)間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來(lái)，需補(bǔ)充的蓄電池容量Bcb為：Bcb二從 QD NLAh(5) 太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù) Np的計(jì)算方法為：Np= (Bcb + NW< QL / (Qpx NW (6)式( 6)的表達(dá)意為：并聯(lián)的太陽(yáng)能電池組組數(shù)，在兩組連續(xù)陰雨天 之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量， 不僅供負(fù)載使用， 還需補(bǔ)足蓄電池 在最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。(3) 太陽(yáng)能電池方陣的功率計(jì)算根據(jù)