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太阳能电池方阵方位角与倾斜角2012-09-24 来源: 太阳能人才网 浏览267次 分享到： 标签: 太阳能电池 光伏产业太阳能电池方阵方位角与倾斜角 由于太阳能是一种清洁的能源，它的应用正在世界范围内快速增长。可是目前建设一个离网太阳能光伏发电系统的成本还是较高的，从我国现阶段的太阳能光伏发电成本来看，花费在太阳能电池组件的费用大约占6070，因此，为了充分、有效地利用太阳能，如可选取太阳能电池方阵的方位角与倾斜角是一个十分重要的问题。为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能多，要为太阳能电池组件选择一个最佳的方位角与倾角。 在太阳能光伏发电系统的设计中，光伏组件方阵的放置形式和放置角度对太阳能光伏发电系统接收到的太阳辐射有很大的影响，从而影响到离网太阳能光伏发电系统的发电能力。光伏组件方阵的放置形式有固定安装式和自动跟踪式两种形式，其中自动跟踪装置包括单轴跟踪装置和双轴跟踪装置。 (1)方位角 太阳能电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角(向东偏设定为负角度、向西偏设定为正角度)。在北半球，一般方阵朝向正南(即方阵垂直面与正南的夹角为0o)时，太阳能电池发电量是最大的。在偏离正南(北半球)30o时，方阵的发电量将减少1015；在偏离正南(北半球)60o时，方阵的发电量将减少2030。但是，在晴朗的夏天，太阳辐射能量的最大时刻是在中午稍后，因此方阵的方位稍微向西偏一些时，在午后时刻可获得最大发电功率。 在不同的季节，各个方位的日辐射量峰值产生的时刻是不一样的。太阳能电池方阵的方位稍微向东或西一些都有获得发电量最大的时候。方阵设置场所受到许多条件的制约，如果要将方位角调整到在一天中负载的峰值时刻与发电峰值时刻一致，可参考下述公式：方位角=(一天中负载的峰值时刻(24小时制)-12)15+(经度-116)(2)倾斜角太阳能电池方阵通常是面向赤道放置的，相对地平面有一定的倾角，即太阳能电池方阵平面与水平地面的夹角。对于全年负载均匀的固定式太阳能电池方阵，如果设计斜面的辐射量小，意味着需要更多的太阳能电池来保证向用户供电；如果各个月份太阳能电池方阵面接收到的太阳辐射量差别很大，意味着需要大量的蓄电池来保证太阳辐射量低的月份中的用电供应，这些都会提高整个系统的成本。因此，确定太阳能电池方阵的最优倾角是离网太阳能光伏发电系统中不可缺少的一个重要环节。 目前有观点认为太阳能电池方阵倾角等于当地纬度为最佳，这样做的结果是，夏天太阳能电池组件发电量往往过盈而造成浪费，冬天时发电量又往往不足而使蓄电池处于欠充电状态，所以这不是最佳的选择。也有的观点认为所取太阳能电池方阵倾角应使在全年辐射量最弱的月份得到最大的太阳辐射量为好，推荐太阳能电池方阵倾角在当地纬度的基础上再增加15o20o。国外有的设计手册也提出，设计月份应以辐射量最小的12月(在北半球)或6月(在南半球)为依据，其实这种观点也有其局限性，这样往往会使夏季获得的辐射量过少，从而导致太阳能电池方阵全年得到的太阳辐射量偏小。同时，最佳倾角的概念在不同的应用中是不一样的，在离网太阳能光伏发电系统中，由于受到蓄电池荷电状态等因素的限制，要综合考虑太阳能电池方阵平面上太阳辐射量的连续性、均匀性和极大性。 设计中希望得到太阳能电池方阵在一年平均发电量最大时的最佳倾斜角度，而一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关，当纬度较高时，相应的倾斜角也大。但是，和方位角一样，在设计中也要考虑屋顶的倾斜角及积雪滑落的倾斜角(斜率大于5060)等方面的限制条件。对于积雪滑落的倾斜角，即使在积雪期发电量少而年总发电量增加的情况，对于正南(方位角为0o)，倾斜角从水平(倾斜角为0o)开始逐渐向最佳的倾斜角过渡时.其日辐射量不断增加直到最大值，然后再增加倾斜角则其日辐射量不断减少。特别是在倾斜角大于50o60o以后，日辐射量急剧下降，直至最后的垂直放置时，发电量下降到最小。对于方位角不为0o的情况，斜面日辐射量的值普遍偏低，最大日辐射量的值在与水平面接近的倾斜角度附近。太阳能电池方阵倾角的选择应结合以下要求进行综合考虑。 连续性。一年中太阳辐射总量大体上是连续变化的，多数是单调升降，个别也有少量起伏，但一般不会大起大落。 均匀性。选择倾角，最好使方阵表面上全年接收到的日平均辐射量比较均匀，以免夏天接收辐射量过大，造成浪费；而冬天接收到的辐射量太小，造成蓄电池过放电以致损坏，缩短系统寿命，影响系统供电稳定性。 极大性。选择倾角时，不但要使太阳能电池方阵表面上辐射量最弱的月份获得最大的辐射量，还要兼顾全年日平均辐射量不能太小。 同时，对特定的情况要具体分析。如有些特殊的负载(灌溉用水泵、制冷机等)，夏天消耗功率大，倾角的取值应使太阳能电池方阵夏日接收辐射量比冬天多才合适。可用一种较近似的方法来确定太阳能电池方阵倾角。一般在我国南方地区，太阳能电池方阵倾角可比当地纬度增加10o15o；在北方地区倾角可比当地纬度增加5o10o，纬度较大时，增加的角度可小一些。在青藏高原，倾角不宜过大，可大致等于当地纬度。同时，为了太阳能电池方阵支架的设计和安装方便，方阵倾角常取整数。 以上所述为方位角、倾斜角与发电量之间的关系，具体设计某一个太阳能电池方阵的方位角和倾斜角时还应综合地进一步同实际情况结合起来考虑。对于固定式光伏发电系统，一旦安装完成，太阳能电池方阵倾角和太阳能电池方阵的方位角就无法改变。对于安装了跟踪装置的离网太阳能光伏发电系统，太阳能电池方阵可以随着太阳的运行而跟踪移动，使太阳能电池一直朝向太阳，增加了太阳能电池方阵接收的太阳辐射量。但是目前太阳能光伏发电系统中使用跟踪装置的相对较少，因为跟踪装置比较复杂，初始成本和维护成本较高，安装跟踪