太陽能電池組件傾角(指太陽電池板平面與地平面夾角)在技術(shù)界多有探討。傾斜角度按所在地理位置(緯度等)確定;將太陽能電池板正面正對太陽(或正南稍偏西),傾角與當(dāng)?shù)鼐暥纫恢录瓤桑鐥l件允許. 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,可是目前建一個太陽能發(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(shè)定為負角度,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,太陽電池發(fā)電量是最大的。在偏離正南(北半球)30°度時,方陣的發(fā)電量將減少約10%~15%;在偏離正南(北半球)60°時,方陣的發(fā)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后,因此方陣的方位稍微向西偏一些時,在午后時刻可獲得最大發(fā)電功率。 在不同的季節(jié),太陽電池方陣的方位稍微向東或西一些都有獲得發(fā)電量最大的時候。方陣設(shè)置場所受到許多條件的制約,例如,在地面上設(shè)置時土地的方位角、在屋頂上設(shè)置時屋頂?shù)姆轿唤牵蛘呤菫榱硕惚芴栮幱皶r的方位角,以及布置規(guī)劃、發(fā)電效率、設(shè)計規(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)整到在一天中負荷的峰值時刻與發(fā)電峰值時刻一致時,請參考下述的公式。至于并網(wǎng)發(fā)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(jīng)度-116) 10月9日北京的太陽電池方陣處于不同方位角時,日射量與時間推移的關(guān)系曲線。在不同的季節(jié),各個方位的日射量峰值產(chǎn)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,相應(yīng)的傾斜角也大。但是,和方位角一樣,在設(shè)計中也要考慮到屋頂?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,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,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)計某一個方陣的方位角和傾斜角還應(yīng)綜合地進一步同實際情況結(jié)合起來考慮。
3.陰影對發(fā)電量的影響 一般情況下,我們在計算發(fā)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,那么只有散射光用來發(fā)電,此時的發(fā)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,在方陣周圍有建筑物及山峰等物體時,太陽出來后,建筑物及山的周圍會存在陰影,因此在選擇敷設(shè)方陣的地方時應(yīng)盡量避開陰影。如果實在無法躲開,也應(yīng)從太陽電池的接線方法上進行解決,使陰影對發(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,后面的方陣與前面的方陣之間距離接近后,前邊方陣的陰影會對后邊方陣的發(fā)電量產(chǎn)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(shè)陰影的倍率為R,則: R = L2/L1 = ctgA×cosB 此式應(yīng)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(dāng)緯度較高時,方陣之間的距離加大,相應(yīng)地設(shè)置場所的面積也會增加。對于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(yīng)地也會使方陣之間的距離加大。通常在排布方陣陣列時,應(yīng)分別選取每一個方陣的構(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。 具體的太陽電池方陣設(shè)計,在合理確定方位角與傾斜角的同時,還應(yīng)進行全面的考慮,才能使方陣達到最佳狀態(tài)。
我國主要城市年平均日照時間及最佳安裝傾角:
城市 |
緯度 |
最佳傾角( 0 ) |
年平均日照時間( h ) |
城市 |
緯度 |
最佳傾角( 0 ) |
年平均日照時間( h ) |
哈爾濱 |
45.68 |
+3 |
4.4 |
杭州 |
30.23 |
+3 |
3.42 |
長春 |
43.90 |
+1 |
4.8 |
南昌 |
28.67 |
+2 |
3.81 |
沈陽 |
41.77 |
+1 |
4.6 |
福州 |
26.08 |
+4 |
3.46 |
北京 |
39.8 |
+4 |
5 |
濟南 |
36.68 |
+6 |
4.44 |
天津 |
39.10 |
+5 |
4.65 |
鄭州 |
34.72 |
+7 |
4.04 |
呼和浩特 |
40.78 |
+3 |
5.6 |
武漢 |
30.63 |
+7 |
3.80 |
太原 |
37.78 |
+5 |
4.8 |
長沙 |
28.20 |
+6 |
3.22 |
烏魯木齊 |
43.78 |
+12 |
4.6 |
廣州 |
23.13 |
-7 |
3.52 |
西寧 |
36.75 |
+1 |
5.5 |
??? |
20.03 |
+12 |
3.75 |
蘭州 |
36.05 |
+8 |
4.4 |
南寧 |
22.82 |
+5 |
3.54 |
銀川 |
38.48 |
+2 |
5.5 |
成都 |
30.67 |
+2 |
2.87 |
西安 |
34.30 |
+14 |
3.6 |
貴陽 |
26.58 |
+8 |
2.84 |
上海 |
31.17 |
+3 |
3.8 |
昆明 |
25.02 |
-8 |
4.26 |
南京 |
32.00 |
+5 |
3.94 |
拉薩 |
29.70 |
-8 |
6.7 |
合肥 |
31.85 |
+9 |
3.69 |
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