太陽(yáng)能電池板最佳傾角計(jì)算

獨(dú)立光伏系統(tǒng)最正確傾角計(jì)算研究慧光半導(dǎo)體來(lái)源：《節(jié)能技術(shù)與市場(chǎng)》點(diǎn)擊：997更新時(shí)間：2023-12-22

摘要：在獨(dú)立太陽(yáng)能泥多佛大系統(tǒng)中，電池陣列方位角跟傾角確實(shí)定非常重要。本文以在北京地區(qū)安裝太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)為例，通過(guò)太陽(yáng)能電池陣列方位角跟蹤傾角的計(jì)算與仿真，確定其最正確的組合角度關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能光伏方位角傾角1前言太陽(yáng)能電池陣列是一種能夠吸收太陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)化為電流的半導(dǎo)體裝置。為了更加充分有效的利用太陽(yáng)能，如何選取太陽(yáng)能電池板的方位角和傾斜角是一個(gè)十分重要的課題。按照不同的使用情況，陣列傾角有著不同的要求。對(duì)于并網(wǎng)系統(tǒng)及極少數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，希望方陣全年接受到的輻射量最大，因而可取方陣傾角接近于當(dāng)?shù)鼐暥?，而?duì)于應(yīng)用最廣的獨(dú)立光優(yōu)系統(tǒng)，那么有其特殊的要求。本文以在北京這座城市安裝太陽(yáng)能電池板為案例，對(duì)其安裝角度進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，得出其最正確組合角度。2最正確方位角確實(shí)定對(duì)于全天無(wú)陰影遮蓋的太陽(yáng)能電池陣列，如果其傾角固定，那么必然存在一個(gè)能夠獨(dú)得全天最多太陽(yáng)總輻射能的最正確朝向，即最正確方位角。由于太陽(yáng)總輻射中的散射局部與陣列朝向無(wú)關(guān)，所以只需要考慮陣列上太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度隨陣列面朝向的變化即可。由文獻(xiàn)可知投射到某一陰影遮蓋的全天太陽(yáng)能直射輻射能量ED的計(jì)算公式如下[1]：其中ts2—當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)日出時(shí)間ts1—當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)日出時(shí)間CN—大氣透明系數(shù)，隨地區(qū)而異α—太陽(yáng)高度角β—陣列傾角Zz—太陽(yáng)方位角Zc—陣列正向與正南向的夾角A、

B的逐月數(shù)據(jù)見表1。表1A、B的逐月數(shù)值[2]月份AB月份AB11.2300.14271.0850.20721.2130.14481.1070.20131.1860.15691.1520.17741.1350.180101.1920.16051.1040.196111.2200.14961.0880.205121.2330.142假設(shè)該計(jì)算日內(nèi)天空云況恒定，即CN值不變，為了求Zc的最正確值，我們將ED對(duì)Zc求導(dǎo)得：因?yàn)樗晕覀兛蓪⒎e分變量由ts轉(zhuǎn)化成太陽(yáng)時(shí)角H，得到：式中，H1為日出時(shí)間對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)時(shí)角；H2為日落時(shí)間對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)時(shí)角。令，根據(jù)太陽(yáng)時(shí)及太陽(yáng)時(shí)角的定義，式中的積分區(qū)間[H1,H2]關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱，太陽(yáng)方位角的余弦函數(shù)cosZc是太陽(yáng)時(shí)角H的偶函數(shù)[4]；正弦sinZs是太陽(yáng)時(shí)角H的奇函數(shù)[3]，因此的最正確值為03最正確傾角確實(shí)定在確定陣列的最正確方位角以后，還有另一個(gè)重要的參數(shù)需要確定，那就是陣列的最正確傾角β。陣列的傾角不僅跟太陽(yáng)的直射輻射有關(guān)，而且跟太陽(yáng)的散射也有相當(dāng)?shù)年P(guān)系。因此，最正確傾角確實(shí)定要比最正確方位角確實(shí)定復(fù)雜。由太陽(yáng)總輻射能量公式：其中：is—太陽(yáng)直射輻射入射角；C—隨月份而異的無(wú)量綱數(shù)，具體數(shù)值參考文獻(xiàn)[1]FS—陣列與地面向間的角系數(shù)—地面反射率，具體數(shù)值參考問(wèn)文獻(xiàn)[1]令，可求解出β的值。但用純數(shù)學(xué)手段求解其計(jì)算量相當(dāng)繁重，因此

我們利用PVSYST軟件對(duì)其進(jìn)行建模仿真，并采折半查找法得到最正確傾角，計(jì)算及結(jié)果如下：1〕

計(jì)算地點(diǎn)為北京市，經(jīng)度數(shù)1162°，緯度為396°；2〕

計(jì)算時(shí)間為2006年；3〕

陣列方位角為0,°；4〕

假設(shè)計(jì)算日皆為晴天，且采光面無(wú)陰影遮蓋。表2北京地區(qū)逐月太陽(yáng)能輻射能量JanFebMarAprMayJuneJulyAugSepOctNovDecYearHor.global64.780.6115.3150.5168.9164.2130.2130.9117.498.266.255.81343.0Kwh/m2.mHor.diffuse30.337.053.865.376.978.073.869.457.145.532.027.1646.3Kwh/m2.mExtraterrestrial134.8164.6239.5290.6342.0348.0351.8318.4255.5202.5143.0121.32911.9Kwh/m2.mCleamesslndex0.4800.4900.4810.5180.4940.4720.3700.4110.4590.4850.4630.4600.461Ambtemper.-4.3-1.95.113.620.024.225.924.619.612.74.3-2.211.8oCWindvelocity2.82.93.23.42.92.51.91.61.92.12.62.72.5m/s

表3逐月最正確傾角計(jì)算結(jié)果月份β(°)月份β(°)159714251817339931428104952711556101262由于在獨(dú)立光伏系統(tǒng)中，蓄電池有著均衡充電的要求，因此，要盡量增加方陣在太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較弱月份的發(fā)電量。在此項(xiàng)要求下，我們可確定在北京安裝太陽(yáng)能電池陣列的全年最正確傾角為45°4結(jié)論對(duì)于獨(dú)立的光伏系統(tǒng)，〔1〕其太陽(yáng)能電池陣列的最正確方位角與地理位置，計(jì)算日無(wú)關(guān)，其值為零。也就是說(shuō)北半球的平面采光面朝向正南能獲得最多的太陽(yáng)能收益，并且此最正確方位角的結(jié)論適用于任何地點(diǎn)、任何計(jì)算日；〔2〕從表3得知，最正確的太陽(yáng)能電池陣列傾角是隨著月份的不同而有所改變的。因此，采用逐月調(diào)節(jié)采光面傾角的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，其所獲得的太陽(yáng)輻射能量要比固定采光面傾角的系統(tǒng)高。假設(shè)不能使用可調(diào)式的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，那么在確定全年最正確傾角時(shí)要充分考慮蓄電池的均衡充電要求。〔3〕在本文的計(jì)算中忽略了陰影對(duì)發(fā)電量的影響，在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，要結(jié)合周圍環(huán)境，將陰影對(duì)發(fā)電量的影響考慮進(jìn)去，這樣才能使方陣到達(dá)最正確的狀態(tài)。參考文獻(xiàn)：[1]方榮生，向立成，李亭寒等.太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)[M]北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1985:276-278[2]陳沛霖，曹叔維.空氣調(diào)節(jié)負(fù)荷計(jì)算理論與方法[M]。上海:同濟(jì)大學(xué)出版社。1987：125-137，149-158[3]岑幻霞.太陽(yáng)能熱利用[M].北京：清華大