毕业论文-代表性地区光伏跟踪系统收益分析.docx

学号 1161310109 年级 2011 级 本科毕业设计代表性地区光伏跟踪系统收益分析专 业热能与动力工程姓 名指导教师评 阅 人 2015年6月中国 南京BACHELORS DEGREE THESIS OF HOHAI UNIVERSITYAnalysis of the revenue of the PV tracking system in the representative regionCollege：College Ef Mechanical And Electrical EngineeringSubject：Thermal Energy and power Engineering Name：Shan LiDirected by ：Zhang zhen NANJING CHINA学术声明： 郑 重 声 明本人呈交的毕业设计(论文)，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本设计（论文）所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本设计（论文）的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 摘 要现在太阳能源作为新能源已经被全球大量国家重点研究，而跟踪系统的理论与产品也日益完善。本文将讲述建立固定倾角模型和平单轴模型的方法，和使用PVsyst软件来模拟斜单轴跟踪系统。在文中将讨论各种系统的不同参数对整个系统的影响，并选出一些重要城市代入到模型中来讨论，给出这些地区的最佳追踪方法和改变特定参数时的系统的变化趋势。而且本文也设计实验来探讨阴影遮挡对组件的影响。关键词：光伏；追踪系统；平单轴ABSTRACTNowadays, solar energy has been studied by many countries as a kind of new energy. And the theory and products of tracking system are more complete now. The ways to establish fixed titled tracking system, flat one-axis tracking system and the ways to establish titled one-axis tracking system on the program, PVsyst, will be introduced in the paper. Also, the impacts of changes of different parameters on the whole system will be discussed in this paper, and the data of some mayor cities will be chose to take in to consideration. The optimal tracking method and the impacts of changes of some parameters on tendencies of the system will be discussed in this paper. And, in this paper, I will design an experiment to discuss the impacts of shadows on module.Key words: PV; tracking system; flat one-axis tracking system目录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 光伏产业11.2 光伏追踪系统11.3本文重点2第2章 前后排阴影遮挡实验32.1实验的意义32.2实验设计32.3 实验结果：52.4 本章总结6第3章 固定倾角73.1 简介73.2 单排固定倾角组件73.2.1 单排组件的模型建立与最佳倾角73.2.2用excel建立该模型83.3 多排固定倾角组件123.3.1 多排固定倾角组件的模型建立133.3.2 模型的建立与结果分析163.4使用代表性地区数据来建立模型来获得各地的最佳倾角17第4章 平单轴204.1 简介204.2 普通平单轴系统204.2.1 普通平单轴系统的模型计算方法204.2.2 excel模拟普通平单轴系统234.2.3改变普通平单轴组件间的间距对发电量的影响244.2.4.保持间距不变改变最大倾角264.2.5 当最大倾角和间距都改变时304.2.6 天合光伏的平单轴系统314.3 改变倾角使电池板一直无阴影时的平单轴追踪系统334.3.1 简介334.3.2 每日各时间点太阳能电池板倾角的计算方法334.3.3全年发电量的计算344.3.4同时改变间距和最大可旋转角度364.4 改变倾角使电池板的阴影不超过10%时的平单轴追踪系统374.4.1 简介374.4.2每日各时间点太阳能电池板倾角的计算方法384.4.3 全年发电量的计算384.4.4 改变间距时全年发电量的变化384.4.5同时改变间距和最大可旋转角度394.5 三种模型的对比与分析414.6 不同地区的平单轴分析43第5章 斜单轴475.1简介475.2使用pvsyst建立模型的方法485.3 结果分析51第6章 小结526.1结论526.2 不足与展望52参考文献53附录56IV河海大学本科毕业设计第1章 绪论1.1 光伏产业现在，世界的能源危机越来越严重，而解决能源问题是全世界都在攻克的难关。光伏产业作为一种新型能源，清洁能源越来越被世界各国重视。在中国，由于节能减排政策的推行更是重视在光伏方面的研究与光伏电站的建立。中国有大面积的土地，而且全年接受到的辐射量也非常丰富，也就是说，光伏产业在中国的发展有非常丰富的条件。如果在中国偏远地区开发光伏产业可以提升当地就业率，拉动当地经济增长，还不会对当地的环境造成污染，并且偏远地区的土地价格非常便宜加上建设光伏电站项目的话政府会有很大的补贴，所以光伏产业在偏远地区发展的趋势也越来越明显。中国的光伏产业经过这几年了发展已经非常完善了，不论是理论知识还是实际产品，中国在做光伏这一方面的公司也是非常多的了，而且也建立了很多大型的光伏电站。根据中国光伏电站发展报告可以看出，2013年中国的光伏电站总装机容量增加了30%。并且在2014年增加了14GW的装机容量，使得2014年全中国的光伏总装机容量达到了30GW。并且在青海甘肃内蒙古宁夏等偏远省份建立的电站，装机容量达到了全国的42%。1.2 光伏追踪系统光伏追踪系统已经发展了很多年了，最早发明太阳能跟踪器的是1962年智力玛利亚大学的Finste，在1997年，平单轴跟踪方式就被美国就研制出了，而且1998年，同样在美国，双轴跟踪器也被研制出来了。在跟踪的控制方式上系统又可以分类成：光电跟踪方式，太阳轨迹跟踪方式，和混合控制方式，但是本文并不会研究跟踪控制方式。跟踪系统按照跟踪机构来分类的话可以分成单轴跟踪，双轴跟踪两大类，单轴跟踪系统中也分为，平单轴跟踪系统，斜单轴跟踪系统；双轴跟踪系统中又分为极轴式全跟踪和高度角方位角跟踪式的。现在的电站的组件安装方式一般有，固定倾角式，平单轴跟踪，斜单轴跟踪，极轴跟踪和双轴跟踪方式。现在的光伏电站很多都是用的固定倾角式安装，这样的安装方式让系统更稳定，因为没有旋转轴所以设备更不容易损坏，这样的电站维修成本低，前期投入少，但是收益并没有平单轴，斜单轴或者双轴的跟踪系统效率高。单轴跟踪系统之以平单轴跟踪方式应用最多，平单轴系统是组件在东西方向倾斜，沿着南北轴旋转，这样的安装方式主要是为了提高早上和晚上系统的发电量，因为系统在12时是水平的，所以一般在低纬度地区使用比较多，并且收益会更多一些。而斜单轴系统则是系统在南北方向上倾斜，并且沿着南北方向的倾斜轴旋转，这样不仅提高的早晚的发电量，而且在12点时组件是倾斜的，所以更适合在高纬度地区使用。一般来说双轴跟踪方式的发电量会比其他几种安装方式的发电量多一些，但是双轴跟踪的阴影轨迹很难计算，并且占用的土地也很多，而且现在也很少有电站使用双轴跟踪方式，所以在本文中并不讨论双轴跟踪方式。随着现在跟踪系统的发展，已经有很多新建的光伏电站用上了追踪系统。一般来说使用跟踪系统比固定倾角系统的发电量更高，并且在低纬度地区使用平单轴追踪系统，在高纬度地区使用斜单轴跟踪系统可以使系统的发电量更大。并且在未来，太阳跟踪系统肯定也会不断的创新，将会对每日的辐射强度，散射辐照比率，风速，温度等对系统的影响加入到跟踪方式中去,这样的实时跟踪系统可以让系统的效率进一步调高。1.3本文重点前人已经做了很了关于各种安装方式的计算方法，比如说顾超在独立光伏系统最佳倾角计算新方法中介绍了单排组件的最佳倾角计算方法，但是文章中并没有考虑到多排组件的阴影遮挡情况。在路瑶等人的太阳跟踪方法综述中，只接受了各种追踪方法的方式，并没有涉及到计算部分以及方案的给定。并且关于跟踪系统的文章在国内非常少，主要是国内研究太阳跟踪技术比较晚，相对欧美国家在技术，规模，水平上有很大的差距。而本文将分别建立单排固定倾角模型，多排固定倾角模型，普通平单轴模型，无阴影平单轴模型和10%阴影平单轴模型，使用PVsyst和天合光伏的数据来和模型的数据对比，讨论模型的正确性与准确性。并且使用PVsyst来建立斜单轴模型，讨论不同的跟踪系统的系统参数对系统的影响，并选取代表性地区代入到模型内，探讨不同地区使用不同的模型的收益。第2章 前后排阴影遮挡实验2.1实验的意义因为在现实中，组件的前后排之间会有阴影遮挡，让组件失配造成功率损失，所以必须探寻当组件出现前后排不同比率的阴影遮挡时系统究竟的效率能达到多少。在张臻的文章中提出了阴影遮挡比率和组件效率的关系。一般来说，当单块电池板被遮挡010%时，功率损失不大，当单块电池板被遮挡10%50%时，组件的功率损失是成线性的，当单块电池板被遮挡50%100%时，组件损失三分之一的功率。为了验证上述关系，特意设计了以下实验。2.2实验设计（1）实验地点：在河海大学常州校区实验楼3楼天台上如图2.1所示。图2.1 实验地点（2）实验设备：AV659便携式太阳能电池测试仪如图2.2所示，Trinasolar的TSM.250PC05A组件一块，遮光布一块。a) 便携式太阳能曲线测试仪 b)sensor box图2.2 AV659便携式太阳能电池测试仪（3）实验方法：在辐射量大于的时候遮挡单块电池板的0%，3%，6%，15%，25%，35%，45%，50%，55%，75%，90%，100%，分别用AV659便携式太阳能电池测试仪测出在这些遮挡下的IV曲线然后计算在各种遮挡情况下的功率损失。因为组件安装方式分横向安装和竖向安装，而横向安装的组件受遮挡时的功率损失比较小，所以在下文所建立的模型都是按照横向安装的方式。但是在实验地点的组件都是竖向安装的，所以需要遮挡竖排的0%100%来模拟一般的组件在横向安装时阴影遮挡与功率损失的关系。实验情况如图2.3所示。图2.3 实验情况2.3 实验结果：分别遮挡单块电池板的0%，3%，6%，15%，25%，35%，45%，50%，55%，75%，90%，100%，然后用V659便携式太阳能电池测试仪采集数据就可以得到表2.1的数据。表2.1 单块电池板不同比率的遮挡时组件的情况遮挡情况数据类型Pmax(W)Voc(V)Isc(A)Vm(V)Im(A)辐照度(W/m2)温度()FF(%)无遮挡测量值186.2734.27.9227.46.7993043.568STC211.937.028.3729.577.171000250.73%遮挡测量值180.4934.28286.4493143.565STC207.737.18.4430.216.871000250.76%遮挡测量值169.1834.27.9628.55.9392843.862STC199.4437.018.3930.786.481000250.615%遮挡测量值160.7234.28.1628.85.5895043.657STC189.3436.938.3931.116.091000250.625%遮挡测量值155.0934.48.0729.55.2594042.555STC186.2136.988.4230.616.081000250.635%遮挡测量值137.3734.27.9930.34.5393341.550STC170.3836.768.430.985.51000250.645%遮挡测量值129.4434.37.9517.27.5292941.147STC161.936.618.4231.545.131000250.550%遮挡测量值130.2634.28.0817.27.5792741.147STC147.6836.598.5117.858.271000250.555%遮挡测量值129.7934.28.1617.47.4592941.546STC149.2336.848.5417.898.341000250.575%遮挡测量值128.06348.0217.67.2792542.146STC149.4236.598.1318.048.281000250.590%遮挡测量值126.6333.97.9917.57.2392142.246STC151.2737.178.518.058.381000250.5100%遮挡测量值124.7633.47.8717.47.1792242.947STC151.1138.668.4318.328.251000250.5根据上表中每个遮挡情况的测量值和转化为STC的标准值来与理论值对比就可以得到图2.4和图2.5。图2.4实验的STC曲线和理论曲线的比较图2.5 实验的测量值曲线和理论曲线的比较通过数据的对比，可以看出实验数值和理论曲线还是很接近的，虽然在0%10%的时候误差还是比较大的，主要是因为在做实验的时候小比率遮挡无法精确控制比率的准确性，所以在下文中建立模型时按照上述理论数据来建立模型。2.4 本章总结本章通过组件的阴影遮挡实验获得的数据和文献上关于组件受到阴影遮挡对功率的影响做了对比。通过对比，可以确定当横排安装的组件单排电池被遮挡0.10%时，组件的功率几乎不损失。而当单块电池板被遮挡10%.50%时，被阻挡的长度和整个组件的功率损失是一个线性的关系，遮挡50%时，组件损失1/3的功率。当单块电池板被遮挡50%.100%时，组件损失的功率保持不变。此结论将用在下文各模型的建立中。第3章 固定倾角3.1 简介现在一般的光伏发电系统都是用固定倾角的方法来发安装的，让组件对着正南方向，然后在南北方向上倾斜，这样的发电系统比带旋转轴的跟踪系统更可靠。但是相对而言发电量就比追踪系统要低一些了。当要在一些屋顶是斜面的房屋上安装组件，一般来说是只能安装单排组件的，所以不需要考虑组件的前后排遮挡，只需要考虑安装的角度就可以了，也就是下文讨论的单排固定倾角组件。而在平地或者水平的屋顶上安装组件一般来说都是安装多排的组件来增加发电量，这样的话会除了考虑组件倾角还需要考虑组件之间的间距。本章中将详细分这两种模型并讨论各参数变化时，系统发电量的变化。3.2 单排固定倾角组件3.2.1 单排组件的模型建立与最佳倾角单排组件的最佳倾角指的是只有一排组件时让这排组件处于全年最大发电量的倾角上来发点。可以根据一些论文可以通过以下方式来建立模型：（1） 获取当地水平面上的辐射总量，直接辐射量和散射辐射量。（2）计算当地每天的赤纬： (1)式中n为从1月1日开始某日的天数.（3）计算每天水平面上的日落时角： (2)（3）计算每天在斜面上的日落时角： (3)（5）计算大气层外水平面上接受到的辐射量： (4)（6）计算斜面接受到辐射值和水平面上接受辐射值的比值: (5)（7）根据公式计算出每天接受到的辐射量：斜面接受到的直接辐射量： (6)斜面接受到的散射辐射量： (7)斜面接受到的散射辐射量： (8)斜面接受到的总辐射量： (9)（8）把每日的不同倾角下的数据加起来得到最佳倾角：因为只有单排组件，而且斜面接受到的辐射量与发电量成正比，所以只需要把全年不同倾角下接受到的总辐射量对比下并找出最大辐射量所对应的倾角就可以获得当地单排固定倾角组件的最佳倾角。3.2.2用excel建立该模型本模型使用的是NASA提供的直射和散射量，因为NASA的数据是根据太空拍摄的云图来模拟各地的辐射量，所以数据会有些误差，NASA的数据冬季的辐射数据会偏大，所以会使整个计算中最佳倾角偏大。各角度对应的全年斜面上接受到底辐射量如表3.1所示。表3.1 各角度对应的全年斜面上接受到底辐射量角度（度）辐射值（J）角度（度）辐射值（J）角度（度）辐射值（J）07283511000318463965734627636577899173506106073284688916016375778625502741596125533847166631664751732902037479537886348472289082657455001298475413163493584707598496673909043575760127338136846707931867732506418267659386583378461248940687257507811777156344113884532709186971882633748776999615639844314820470711736014497822451932408430884507717044828592107872982669418416484288726970700451117921570100428399952764736895008790127968196754438381295909746817788099138012845945448360520456756739074387148055501773458337633897766658905300158096149113468312644490776577320250168134773610478285561257786494360575178171361679488256393986796410069723188205900498498225153240806324493465198238378005508191850357816237680156208268782898518156497451826149681042218297104629528119107425836060550626228323333408538079693968845970347111238347460195548038271567855879132947248369476703557994855512865786975493258389375393567949461901875693947843268407149481577902107656885600129862278422792926587852810525895505609508288436300441597801589101905410484534298447667484607748462830308456890263617693452028当使用NASA提供的辐射量计算时可以得到上述表格，表格表示了单排固定倾角组件在不同的倾角下得到的全年辐照量。根据表3.1提供的数据画制曲线可以得到全年单排组件接受的辐射值和倾斜角度的关系，如图3.1。图3.1 全年单排组件接受的辐射值和倾斜角度的关系图3.1表明了当倾斜角从0度逐渐增大时，全年单排组件接受到的辐射量会先单调增加，在倾角为34度时达到最大值，当倾角继续增加时，全年单排组件接受到的辐射量会单调减小。所以可以得到结论，依据NASA提供的数据，常州的单排固定倾角组件的最佳倾角是34度。3.2.3使用PVsyst建立固定倾角模型使用PVsyst来建立单排固定倾角的模型非常简单，主要步骤如下：（1） 打开PVsyst，打开后的主页面如图3.1所示。图3.1 PVsyst的主页面（2） 点击Preliminary design选择中俄的Grid.Connected，然后点Location按键选择城市。因为在PVsyst里面并没有收录常州的辐照情况，所有选用纬度和常州差不多的上海作为对比，如图3.2所示。图3.2 选择地区（3） System中设置组件的参数，因为是选择最佳倾角所以需要把一些数据放大一些才能找出差别，在设置Active area时设置为20平米，如设置的参数太小，在一些角度变化下发电量会不变，所以判断最佳倾角。在Tilt中设置组件的倾角，如图3.3所示。图3.3 组件设置页面(4)点击Results然后在选择Results table里面来查看结果，如图3.4所示。图3.4 结果3.2.4使用PVsyst来模拟的结果使用PVsyst来模拟在上海不同角度下的组件发电量后，可以得到在上海市单排组件的最佳倾角，如表3.2所示，此数据是使Active area值为20平方米时得到的数据。表3.2 使用PVsyst模拟时，上海市组件的角度与发电量的关系角度(度)发电量（kwh）203016213019223022233025243027253028263028273028283027293025303023313020323016333012343007353002从表3.2中可以看出，使用PVsyst模拟上海的最佳倾角是2527度，因为PVsyst中没有常州的数据只有上海的数据，所以只能使用PVsyst中上海的最佳倾角值和本文模型中的常州最佳倾角值比较。这两个数值存在一些差距，主要有以下几个原因：（1） PVsyst中使用的是meteonorm 6.1的数据，而本文中的模型中使用的是NASA.SSE的数据，这两种数据之间有一些不同，所以在建立模型并且计算最佳倾角的时候会有一些差距。（2） 当本文中的模型使用meteonorm 6.1的数据计算时，最佳倾角为26度，和使用PVsyst时的数据一样。（3） 当在PVsyst中调用NASA-SSE的数据时，计算的最佳倾角为34度与本文中的模型计算数据一样。3.3 多排固定倾角组件很多情况下，系统不可能只安装单排组件，比如说在平地上建立光伏电站，或者建立屋顶分布式的电站时。当安装多排组件时需要考虑前后排的遮挡，不同的时间会有不同的遮挡比率会对整体的发电量有影响，而遮挡比率是与组件的倾角以及间距相关的。所以建立模型时必须把间距，前后排阴影遮挡造成的功率损失都考虑在内。3.3.1 多排固定倾角组件的模型建立建立多排固定倾角的模型只需要在单排固定倾角的模型上稍加改动就可以了。因为当组件带有倾角的时候，当当地时间小于6点或大于18点时，太阳在组件的背面，所以组件无法接受到太阳直接辐射，所以在这些时间段内的发电量微乎其微可以忽略不计。建立多排固定倾角组件的模型的步骤如下：（1）（5）步和单排固定倾角模型一样（6）选取时间点：本人选取的是以从6点6分开始，每6分钟为一个时间点直到中午12点，一共60个时间点来计算的。如果要使模型更精确一些可以选择较小的时间间隔来增加计算的时间点。因为从太阳升起一直到中午12点的数据几乎和中午12点一直到太阳落下时的数据一样，所以只需建立上午半天的模型，最后计算发电量时将所有数据乘以2即可获得全天的发电量。（7）建立正态分布：因为每天都辐照量从日出到日落几乎是按照正态分布来分布的，公式是：，其中,。然后分别用选取时间点加上和减去一个中间的数值来计算和，如再计算出和再用就可以获得选取时间点的。用这个值就是在这个时间区间内辐照量与整天辐照量的比值。只需用每天都直接辐射量，散射辐射量，反射辐射量乘以这个数值就可以得到各个时间区间内的各辐射量值。（8）计算每天各时间点的太阳高度角： (10)（9）计算每天各时间点的太阳光在水平面上与南北方向的夹角： (11)（10）计算每天各时间点的太阳在南北方向的投影角度： (12)（11）计算每天各时间点倾斜面上接受到的辐射量与水平面上接受到的辐射量的比值，由以下公式确定:； (13)； (14) (15)当刚刚日出时，太阳高度角很小时，会很小，导致值很大，使得模型失真，如图3.2表示未限制值时1月18日电发电量。为了纠正这失真显现，当时，使,这样可以使得当日发电量单调增加并且曲线更符合实际，如图3.3表示限制最大值为5时1月18日电发电量。图3.2 未限制值时1月18日电发电量图3.3 限制最大值为5时1月18日电发电量（12）计算根据公式计算出每日时间点区间内的接辐射量，散射辐射量，反射辐射量：用全天的各种辐射量乘以F(x)就可以得到每日时间点区间内的接辐射量，散射辐射量，反射辐射量。（13）计算出每天各个时间点的入射角度： (16)（14）根据菲涅尔公式计算每天各个时间点的反射率： (17)n为玻璃的折射率，本文取n=1.5.（15）计算每天各个时间点的透射率：（16）计算电板实际接受到的辐射量：太阳能电池板接受到的全部辐射量乘以透射率就可以得到每天各个时间段内组件实际接受到的辐射量。（17）计算每天各个时间点的后一块电板被前一块板遮挡的阴影长度： (18)（18）计算每天各个时间点的后一块组件被前一块组件遮挡的阴影比率x： (19)（19）计算每天各个时间点被阴影遮挡时电池板的发电效率：根据上文所得结论，当单块电池被阴影遮挡010%时，整块板的功率几乎不变，当单块板被阴影遮挡1050%时，功率和被遮挡长度成正比，当被阴影遮挡的比率为50100%时，旁通二极管导通，整块板的功率为无阴影遮挡时功率的66.7%。整理后，阴影遮挡比率X与电板发电效率的关系如下：当时，；当时，;当时，；当时，;当时，；当时，；当时，； (20)（20）将计算每天各个时间点组件无遮挡的发电量，将三种辐射量加起来再根据公式来计算发电量：， (21)式中总效率一般为0.8。（21）计算每天各个时间点太阳能电池板被遮挡的发电量:用组件无遮挡的发电量乘以即可得到。（22）计算多排固定倾角系统的全年的发电量：把每天各个时间点组件无遮挡的发电量加起来再乘以2得到全天第一排组件的发电量再加上每天各个时间点被遮挡组件的发电量的和乘以2再乘以n.1即可以得到该多排固定倾角组件一整天的发电量。把一年365天的发电量加起来即可得到该系统全年的发电量。3.3.2 模型的建立与结果分析使用excel按上述步骤建立模型，本文中建立此模型时，电板的长度l=1，系统的总排数k=10，然后再改变其间距和倾角后可以得到一系列数据，由于这些数据过多使用放在了附录部分。由附录（1）中的数据可以看出：（1）当在相同倾角下，间距越大系统的全年发电量越多，这是因为当间距越大时后排组件被遮挡的时间越少，被遮挡的面积也越小，所以全年发电量越大。（2）当间距不变时，如果组件的倾角增大，全年的发电量会先单调增加，然后达到最大值，当倾角继续增加的时候系统的发电量反而会单调减小。在一定间距下最大全年发电量所对应的倾角是该间距下的最佳倾角。（3）当间距增加时，系统的最佳倾角会很快增加，但是当间距增加到一定程度时，系统的最佳倾角会保持不变，本文建立的模型中不同间距下的最佳倾角如表3.2所示。表3.2 不同间距下的最佳倾角间距11.11.21.31.41.51.61.7最佳倾角1591419253033间距1.81.922.12.22.32.42.5最佳倾角3637373838383838间距2.62.72.82.933.13.2最佳倾角38383838383838 将表3.2画成折线图形式可以看出整体最佳倾角随着间距的变化的趋势，如图3.4。图3.4 不同间距下组件的最佳倾角当组件间距很小时，组件需要降低倾角才能使前后排遮挡时间变少面积变小；而当组件间的间距增加时，增加倾角可以使组件接受到更多的辐射量，而前后排的阴影遮挡时间和阴影面积增加很少，这样可以增加组件的倾角可以增加系统的发电量；当组件的间距达到一定值时，每日的遮挡已经很少了，而组件再增加倾角反而会使组件接受到的辐射量降低，使用当组件间距再增加时，系统应该保持倾角不变，而这时组件的最佳倾角和单排固定倾角组件的最佳倾角差不多。（3） 如果把土地成本考虑在内，因为在东西方向上土地的长度和发电量成正比所以不需要考虑，而南北方向上的土地则与组件的倾角和间距有关。一般来说要找到一个地方建立多排固定倾角系统时选取最佳间距方法时，先查找电站南北方向上的长度y，再除以间距k然后向下取证得到安装电板的数量，然后按照上述方法建立模型便可以获得每种间距下在最佳倾角下的全年发电量来除以总费用便可以得到地区的最佳多排固定倾角方案。3.4使用代表性地区数据来建立模型来获得各地的最佳倾角当使用拉萨的每日辐照度来建立单排固定倾角模型模型，可以得到图3.5图3.5拉萨市组件间距和全年接受到的辐射量的关系由图3.5可以得到在拉萨的的单排最佳倾角是33度。PVsyst中没有拉萨的数据所以无法建立模型来对比。当使用广州的每日辐照度来建立单排固定倾角模型模型，可以得到图3.6图3.6广州市组件间距和全年接受到的辐射量的关系由图3.6可以得到在广州的的单排最佳倾角是8.5度。PVsyst中最佳倾角为21度。当使用哈尔滨的每日辐照度来建立单排固定倾角模型模型，可以得到图3.7图3.7哈尔滨市组件间距和全年接受到的辐射量的关系由图3.7可以得到在哈尔滨的单排最佳倾角是51度，而使用PVsyst中的数据模拟得最佳倾角为43度。以上的最佳倾角误差均为meteonorm 6.1和NASA.SSE两种数据的之间的不同而产生的，而meteonorm 6.1的数据更接近于现实，但是如果把meteonorm 6.1的数据代入到本文的模型中，那么使用PVsyst和本文的模型得到的最佳倾角将会很接近。3.5总结（1）对于单排固定倾角组件来说，可以默认当地纬度为其最佳倾斜角度，如常州市是34度，广州市是8.5度。但是为了更准确的获得最佳倾角，还需要把当地的具体辐照量代入到模型里面，然后使用模型来算出当地的最佳倾角。（2）对于多排固定倾角，必须考虑组件间的间距，当组件的间距越小时系统的最佳倾斜角度也越小，当组件间距增加时，系统的最佳倾角也会增加，最后会保持在一个相对固定的值上。而设计多排固定倾角的的系统时必须根据具体的情况，把当地的数据代入到模型中，并且结合地价等各种原因分析才能得到具体的最佳方案。第4章 平单轴4.1 简介平单轴跟踪系统是由多块组件沿着南北轴东西方向转动跟踪太阳，一般跟踪系统的可转角度为.4545度。当太阳高度在东西方向的投影小于最大可转角度时，跟踪系统会保持最大可转角度不变，当太阳高度在东西方向的投影大于等于最大可转角度时，跟踪系统开始追踪太阳轨迹来增加发电量，此时，组件的表面会与太阳光线在东西方向的投影垂直。但是，在早晚时间内，因为太阳高度过低，此时如果组件保持最大可转角度不变，会导致前后排板的遮挡而使系统发电量过低。可以通过在太阳角度过低时，降低组件的倾角（本章节提到的倾角皆指组件在东西方向上的倾角）而使所有电池板都无遮挡来提高系统的发电量。4.2 普通平单轴系统4.2.1 普通平单轴系统的模型计算方法普通的平单轴系统在太阳高度太低时会保持最大的旋转角度不变，这样会产生前后排遮挡损失，建立普通的平单轴系统模型需先获取该地的直接辐射量，散射辐射量，假设太阳能电池板的长度为l，两块电板之间的间距为k，系统中组件的排数n，组件的最大可旋转角度，再由以下步骤来建立（本文使用excel来建立模型）：1. 选取时间点：本文选取的是以从4点36分开始，每6分钟为一个时间点直到中午12点，一共75个时间点来计算的。如果要使模型更精确一些可以选择较小的时间间隔来增加计算的时间点。因为从太阳升起一直到中午12点的数据几乎和中午12点一直到太阳落下时的数据一样，所以只需建立上午半天的模型，最后计算发电量时将所有数据乘以2即可获得全天的发电量。2. 建立正态分布：因为每天都辐照量从日出到日落几乎是按照正态分布来分布的，其中,。然后分别用选取时间点加上和减去一个中间的数值来计算和，如再计算出和再用就可以获得选取时间点的。用这个值就是在这个时间区间内辐照量与整天辐照量的比值。只需用每天的直接辐射量，散射辐射量，反射辐射量乘以这个数值就可以得到各个时间区间内的各辐射量值。3. 计算每天各时间点的太阳高度角： (21)计算每天各时间点的太阳方位角： (22)4. 计算每天各时间点的太阳水平投影与东西方向的夹角： (23)5. 计算每天各时间点的太阳在东西方向的投影角度： (24)6. 计算每天各时间点的电板在东西方向倾角：当时，；当时，每天组件的倾角会先保持最大可旋转角度不变，当太阳在东西方向的投影角度大于最大可旋转角度时，组件表面会保持和太阳光线在东西方向的投影垂直。最大倾斜角为45度时每月1日普通平单轴系统在各个时间点的倾斜角度的变化趋势可以由图4.1看出。图4.1最大倾斜角为45度时每月1日普通平单轴系统各个时间点的倾斜角度7. 计算每天各时间点倾斜面上接受到的辐射量与水平面上接受到的辐射量的比值，由以下公式确定: (25) (26) (27)当刚刚日出时，太阳高度角很小时，会很小，导致值很大，使得模型失真，为了纠正这失真显现，当时，使,这样可以使得当日发电量单调增加并且曲线更符合实际，如第三章中图3.2和3.3所示。其实当从5到10改变值上限时，发电量变化很少，可以由表4.1和表4.2看出。表4.1 改变值上限时全年的发电量值上限45678910全年发电量（kwh）73332734387350073538735627357973591表4.2 改变值上限时全年发电量的变化值上限改变从4到5从5到6从6到7从7到8从8到9从9到10全年发电量变化0.1447%0.0845%0.0517%0.0327%0.0225%0.0168%由表4.2可以看出改变值上限的上线其实对全年的发电量影响不大，最大只有0.1447%，而且随着上限值的变大，影响也越来越小。而设置上限值可以使模型更准确。8. 计算根据公式计算出每日时间点区间内的接辐射量，散射辐射量，反射辐射量：用全天的各种辐射量乘以F(x)就可以得到每日时间点区间内的接辐射量，散射辐射量，反射辐射量。9. 计算出每天各个时间点的入射角度： (28)10. 根据菲涅尔公式计算每天各个时间点的反射率： (29)n为玻璃的折射率，本文取n=1.5.11. 计算每天各个时间点的透射率：12. 计算电板实际接受到的辐射量：太阳能电池板接受到的全部辐射量乘以透射率就可以得到每天各个时间段内组件实际接受到的辐射量。13. 计算每天各个时间点的后一块电板被前一块板遮挡的阴影长度：当时，当时，