固定式联网光伏方阵的最佳倾角.doc

本文由lichunlong777贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 期 Vol . 20 No. 6 第 20 卷第 6月 Jour nal of云南师范大学学报 2000 年 11 Yunnan Normal Universit y Nov. 2000 固定式联网光伏方阵的最佳倾角 刘祖明, 李迎军, 谢建, 章晨静 ( 云南师范大学太阳能研究所、 云南省农村能源工程重点实验室, 云南 昆明 650092) 摘要: 研究了非聚光的任意方位角 倾斜面上太阳辐射 的计算, 其中 散射辐射的计算采 用 Hay 模型, 给出了最佳倾角的计算, 为固定式太阳能利用装置的最佳设计提供了理论依据。 应用该理论对给出了中 国云南一套固定式联网光伏方阵的最 佳倾角。 关键词: 固定式联网光伏方阵; 方位角; 最佳倾角 中图分类号: T M 914. 43文献标识码: A 文章编号: 1007- 9793( 2000) 06- 24- 05 太阳能光伏发电作为无污染的发电技术, 正受到世界各国的高度重视, 近几年世界太阳电池的产量 年增长均为 30% 左右, 成为世界上增长最快的可再生能源市场, 光伏产业已成为迅速日益壮大的产业。 目前发达国家为改善和保护环境, 促进太阳电池产业的壮大, 纷纷制定和实施光伏屋顶计划, 由政府提 供补贴, 将太阳电池装在城市居民住宅的屋顶上, 组成联网的光伏系统, 有太阳光照时向电网发电, 阴雨 天或夜晚又从电网买电, 将太阳电池与建筑物有机地结合起来, 光伏屋顶已成为最大的光伏应用市场。 新建的住宅应该考虑住宅的方位, 让其处于较易利用太阳能的方位。但有时由于地形的限制, 特别 是已建好的住宅, 其方位就有各种各样的可能, 有的甚至将太阳电池安装在朝阳的墙面上, 因此针对各 种方位角的太阳能利用装置得到的太阳辐射的计算就尤为重要, 是进行最佳设计最重要的依据。 本文研 究了非聚光的任意方位角倾斜面上太阳辐射的计算, 给出了最佳倾角的计算, 为固定式太阳能利用装置 的最佳设计提供了理论依据。应用该理论对中国云南一套固定式联网光伏方阵计算了最佳倾角。 1倾斜面上的太阳辐射能 1. 1 倾斜面上太阳光线的入射角 设接收面与水平面的夹角, 即倾角为 , 接收面的法线在水平面上的投影线与正南方向的夹角是 ( 称为接收面的方位角, 以正南方向为 0, 向西为正, 向东为负) , 太阳光线与接收面法线的夹角称为太 阳光的入射角 。 任一时刻太阳光线的入射角 计算公式为 1 : co s = ( sin! cos - co s! sin cos ) sin? + ( cos! cos + sin! cos ) co s?cos# + sin sin cos?sin# sin 1 ( 1) !为纬度( 在北半球为正、 南半球为负) , ? 为太阳赤纬角, 可由 Coo per 的近似公式 求得: ? 284 + n ?= 23. 45sin 2? ( 2) 180 365 式中 n 是一年中的第几天; # 为时角, 太阳在正午时为 0, 每走经度 15 为一小时, 上午为负, 下午为正。 1. 2 倾斜面上太阳直接辐射量 若 I n 为垂直太阳光线接收面上的太阳直接辐射强度, 则太阳入射角为 收稿日期: 2000- 09- 20 云南省学术技术带头人培养资助 项目编号 1995 B14-4 作者简介: 刘祖明( 1962- ) , 男, 福建省上杭县人, 教授, 研究方向: 可再生能源利用 时的太阳直接辐射强度由 第 6 期刘祖明等: 固定式联网光伏方阵的最佳倾角 25? ( 1) 式可推得其计算公式: ( sin! cos - co s! cos ) sin? sin H tb = I ncos = I n + ( cos! cos + sin! sin cos ) cos?cos# + sin sin cos?sin# 一天倾斜面上得到的太阳直接辐射能可由( 3) 式求积分得出 H Tb = ( 3) d #= I 2 1 2 1 + # - # + # - # n ( sin! cos - cos! sin cos ) sin? + ( co s! cos + sin! co s ) cos?co s# d # sin + sin sin cos?sin# ? = I n ( #1 + #2) ( sin! cos - co s! cos ) sin? + ( sin#1 + sin#2) sin 180 ( cos! cos + sin! cos ) co s? + sin sin cos?( cos#2 - cos#1 sin 0 = ( sin! cos - cos! co s ) sin? sin + ( cos! cos + sin! sin cos ) cos?cos# + sin sin cos?sin# 显然此方程为 c = acos# + bsin# 形式的三角方程, 这类方程可化为 c = cos( #s - %) , ( %= t an- 1 ( b/ a) ) a2 + b 2 #s = % cos - 1 c a + b2 2 ( 4) #1 、 2 分别为倾斜面上的日出、 # 日落时角( 取绝对值) , 可由( 1) 式计算得出, 即: = 90 1) 式就变为 ,( ( 5) ( 6) 式中 a = sin sin co s?, b = ( cos! s + sin! co s ) cos?, co sin c = ( sin! cos%- cos! co s ) sin? sin 即可解之, 故由上式可求得 #s1 、 s2 。 # 但是若计算出的 #s1 、 s2 比水平面上的日出、 # 日落时角 #0 大时, #1 、 2 应取 #0 值, 因为水平面上还没 # 有日出时, 倾斜面上不可能有日照; 同样水平面上日落了, 倾斜面上也不可能还见得到太阳。 0 值可由 # ( 7) 式求出, 即: = 0 时, 由( 5) 式所求得 #1 、 2 即为水平面上的日出、 # 日落时角 #0 = #1 = #2 = cos ( - t an! an?) t - 1 ( 7) ( 8) 即 #1 = min #s1 #0 #0 = 0, = 0 时, 从( 4) 式可求出水平面上的直接辐射: , #2 = min #s2 H T b0 = I n 2( #0 ? sin! sin? + co s! cos?sin#0 ) 180 1. 3 斜面上的总太阳辐射量 倾斜放置的接收面在一天中所截获的总太阳辐射量可近似由下式计算 2 : H t = H bR b + H d R d + & R g H ( 9) ( 10) 式中 H b 、 d 、 分别为水平面上一天的太阳直接辐射量、 H H 散射辐射量、 总辐射量; &为地面反射率; R b 、 R d 、 g 分别为倾斜面上的直接辐射量、 R 天空散射辐射量和地面散射辐射量与水平面上的辐射量之比。 由( 4) 、 9) 式则可求出 R b 的值: ( ( sin! cos - cos! co s ) ( sin?) ( #1 + #2 ) ? sin 180 + ( cos! s + sin! cos ) ( cos?) ( sin#1 + sin#2 ) co sin Rb = H Tb = H T b0 + sin sin co s?( cos#2 - co s#1 ) ? 2( #0 sin! sin? + cos! cos?sin#0) 180 ( 11) 26? 云南师范大学学报( 自然科学版) 第 20 卷 若接收面朝正南倾斜放置时, = 0, #s 1 = #s2 = #s, 上式可简化为: ? cos( !- ) cos?sin#s + #s sin( !- ) sin? H Tb 180 Rb = = ( 12) H tb #0 ? sin! sin? + cos! cos?sin#0 180 Hay 的异质分布模型把水平面上的散射辐射看成是由直接来自太阳方位的绕日分量和来自天空其 余部分同质分布散射分量所组成, 且两组分接天空的同质性进行了平均, 此模型更接近实际的分布 3 1 + cos 2 式中 K t 为透明系数, K b 为水平面上直接辐射量和总辐射量的比值, 即直接辐射比例系数。 R d = K bK tR b + ( 1 - K bK t ) 地面反射引起的散射辐射是同质分布的, 即 2 : R g = ( 1 - co s ) / 2 可把( 4) 式化为: H t = H K bR b + ( 1 - K b) R d + & g R 如按月来计算全年倾斜面上的总太阳辐射量, 有 12 ( 13) ( 14) ( 15) HT= H i= 0 i K bi R bi + ( 1 - K bi ) R d i + &R g i ( 16) 式中下标 i 表示各月的量。 2 固定式联网太阳电池方阵的最佳倾角 根据计算, 太阳电池方阵应该面向正南( 北半球) , 才能接收到最大的太阳辐射能。 因此, 在可能的情 况下, 应使太阳电池方阵面向正南。 但由于建筑物方位的限制, 安装太阳电池屋顶时, 常常太阳电池方阵 不能正对正南, 但也必须使其尽量靠近正南方向, 这样才能接收到尽可能大的太阳辐射能。 对于联网的 太阳电池电源系统, 应该使太阳电池方阵全年接收到的太阳辐射最大为最佳。 对于给定方位角 , 固定 式太阳电池方阵在最佳状态时, 其倾角应满足: dH T = 0 ( 17) d sin R bi + K bi ( 1 + K t - K bi K t ) = 0 ( 18) 2 具体推导公式比较复杂, 我们用 C 语言编程的计算程序, 根据( 16) 式可求出倾斜面上的太阳总辐射量, 即 H i ( & + K bi K t - 1) i 以不同的倾角进行计算比较, 即可得到最佳倾角。 3 设计应用实例 应用上述理论和方法对云南省丽江县( 纬度: 北纬 26 , 经度: 东经 100 ) 8. 5 千瓦固定式联网 52 26 的太阳电池电站进行了最佳倾角设计。 当地水平面上太阳辐射数据如表 1。 年平均日照时数: 2505. 8 小 时, 水平面上年平均总太阳辐射量为 6120 M J / y r . m 。 表 1 丽江水平面上月平均太阳辐射数据( M J / month. m 2 ) T ab. 1Lijiang solar r adiation of ev ery month ( M J/ mo nt h. m 2 ) 1月 总 辐 射 散射辐射 466 114 2月 482 124 3月 588 162 4月 609 184 5月 635 256 6月 514 256 7月 503 266 8月 523 260 9月 437 231 10 月 11 月 12 月 477 196 445 125 441 113 2 由计算机计算的最佳设计结果见表 2。 如光伏方阵方位面向正南, 则可求出最佳倾角为 34日平均 , 第 6 期刘祖明等: 固定式联网光伏方阵的最佳倾角 27? 太阳 总辐射 量为 5. 235 kW h/ m 2. day , 全年单 位面积 光伏方 阵能接 收到的 总太阳 辐射量 为 1910. 8 kW h/ m . yr 。 此为最佳方案。 表 2 丽江联网光伏电站的设计数据 ( kW h/ m 2 . day ) T ab. 2Desig n data o f L ijiang g rid connected phot ov oltaic station( kW h/ m 2 . day ) = 0 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10 月 11 月 12 月 全年 4. 18 4. 78 5. 27 5. 64 5. 69 4. 76 4. 51 4. 69 4. 05 4. 27 4. 12 3. 95 4. 66 = 34 = 0 , 6. 25 6. 30 5. 95 5. 48 5. 06 4. 14 4. 01 4. 41 4. 18 5. 11 5. 90 6. 11 5. 24 = 26 = 32 , 5. 56 5. 77 5. 71 5. 52 5. 24 4. 32 4. 15 4. 49 4. 13 4. 82 5. 30 5. 39 5. 03 2 该套光伏方阵将安装在一教学楼屋顶上, 由于建筑物方位的限制, 较易安装的方位是偏东 32 。 如将 光 伏方阵按该方位角安装, 则可计算出最佳倾角为 26日平均太阳总辐射量为 5. 03 kW h/ m 2 . day , 全 , 年单位面积光伏方阵能接收到的总太阳辐射量为 1836. 0 kW h/ m . y r 。 如以正南方位为 100% , 偏东 32 光伏方阵年发电量减少约 3. 91% , 此为次佳方案。 如太阳电池 效率以 16. 5% 、 系统 效率以 80% 计 算, 8. 5 千瓦的光 伏电 站年发 电量正 南方位 为 12994. 7 kW h; 偏东 32 的年发电量为 12486. 0 kW h, 比正南方位减少约 508. 7 kW h, 20 年共减少 10174 kW h。 按当地电价 0. 60 元 / kW h 计, 减少发电量的电费为 6104. 4 元。 如屋顶限制不能以正南方位安装, 可以按此方案进行安装。 两种方案及与水平面太阳辐射的比较见图 1。 2 图 1 丽江不同方位角和倾角太阳辐射比较 Fig. 1Compar ison o f so la r r adiatio n on different azimuth and slope at L ijiang , Y unnan, China 28? 4 结论 云南师范大学学报( 自然科学版) 第 20 卷 ( 1) 本文从理论上推导出任意倾角、 方位角接收面上的总太阳辐射量计算公式, 其中散射辐射采用 更接近实际的 Hay 天空散射异质分布模型。 ( 2) 对于固定式联网光伏方阵, 其最佳设计应以全年得到最大的太阳辐射量为原则, 对于不能面向 正南( 北半球) 安装的太阳电池方阵, 应该使其方位角尽量靠近正南, 讨论了最佳倾角的计算, 利用计算 机对云南省丽江的光伏电站方阵进行了最佳倾角设计。 ( 3) 本方法可用于太阳能与建筑结合( 含太阳能光伏利用和光热利用) 的最佳设计。 参考文献 1 吕恩荣等. 太阳能光热转换及利用 M . 昆明: 云 南人民出版社, 1984, 21-28. 2 J A 达菲, W A 贝克曼. 太阳能 热能转换过程 M . 北京: 科学出版社, 1980, 1418. 3 M a C C Y and Iqbal M , Sta tistical compar ison o f models fo r estimating solar r adiation on inclined sur face, So lar Ener gy J . 1983, 31: 313- 217. Optimum Design for Fixed Grid Connected Photovoltaic Array LIU Zuming , LI Ying-jun, XIE Jian, ZHANG Chen-jing ( So la r Ener gy Resear ch Institute, Yunnan Pr ov incial Renew able Ener gy Eng ineer ing Key L abor ator y , Y unnan N or mal U niver sity , K unming 650092) ABSTRACTA general cal culation of sol ar av erag e radiat ion on non - concentr at ing sl oped sur face f or any surface azim ut h ang le w as r esearched. Hay anisot ropic dif fuse radiat ion m odel w as used in the calculat io n. T he opt imum design w as studied and calculat ion of the opt im um slo pe w ere presented. A fix ed g rid - connect ed P V syst em in L ijiang , Yunnan, China , w as desig ned acco rding t o t he above t heory . KEY WORDSgrid co nnect ed f ixed phot ov olt aic ar ray; azimuth angl e; optim um slope 1本文由lichunlong777贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 期 Vol . 20 No. 6 第 20 卷第 6月 Jour nal of云南师范大学学报 2000 年 11 Yunnan Normal Universit y Nov. 2000 固定式联网光伏方阵的最佳倾角 刘祖明, 李迎军, 谢建, 章晨静 ( 云南师范大学太阳能研究所、 云南省农村能源工程重点实验室, 云南 昆明 650092) 摘要: 研究了非聚光的任意方位角 倾斜面上太阳辐射 的计算, 其中 散射辐射的计算采 用 Hay 模型, 给出了最佳倾角的计算, 为固定式太阳能利用装置的最佳设计提供了理论依据。 应用该理论对给出了中 国云南一套固定式联网光伏方阵的最 佳倾角。 关键词: 固定式联网光伏方阵; 方位角; 最佳倾角 中图分类号: T M 914. 43文献标识码: A 文章编号: 1007- 9793( 2000) 06- 24- 05 太阳能光伏发电作为无污染的发电技术, 正受到世界各国的高度重视, 近几年世界太阳电池的产量 年增长均为 30% 左右, 成为世界上增长最快的可再生能源市场, 光伏产业已成为迅速日益壮大的产业。 目前发达国家为改善和保护环境, 促进太阳电池产业的壮大, 纷纷制定和实施光伏屋顶计划, 由政府提 供补贴, 将太阳电池装在城市居民住宅的屋顶上, 组成联网的光伏系统, 有太阳光照时向电网发电, 阴雨 天或夜晚又从电网买电, 将太阳电池与建筑物有机地结合起来, 光伏屋顶已成为最大的光伏应用市场。 新建的住宅应该考虑住宅的方位, 让其处于较易利用太阳能的方位。但有时由于地形的限制, 特别 是已建好的住宅, 其方位就有各种各样的可能, 有的甚至将太阳电池安装在朝阳的墙面上, 因此针对各 种方位角的太阳能利用装置得到的太阳辐射的计算就尤为重要, 是进行最佳设计最重要的依据。 本文研 究了非聚光的任意方位角倾斜面上太阳辐射的计算, 给出了最佳倾角的计算, 为固定式太阳能利用装置 的最佳设计提供了理论依据。应用该理论对中国云南一套固定式联网光伏方阵计算了最佳倾角。 1倾斜面上的太阳辐射能 1. 1 倾斜面上太阳光线的入射角 设接收面与水平面的夹角, 即倾角为 , 接收面的法线在水平面上的投影线与正南方向的夹角是 ( 称为接收面的方位角, 以正南方向为 0, 向西为正, 向东为负) , 太阳光线与接收面法线的夹角称为太 阳光的入射角 。 任一时刻太阳光线的入射角 计算公式为 1 : co s = ( sin! cos - co s! sin cos ) sin? + ( cos! cos + sin! cos ) co s?cos# + sin sin cos?sin# sin 1 ( 1) !为纬度( 在北半球为正、 南半球为负) , ? 为太阳赤纬角, 可由 Coo per 的近似公式 求得: ? 284 + n ?= 23. 45sin 2? ( 2) 180 365 式中 n 是一年中的第几天; # 为时角, 太阳在正午时为 0, 每走经度 15 为一小时, 上午为负, 下午为正。 1. 2 倾斜面上太阳直接辐射量 若 I n 为垂直太阳光线接收面上的太阳直接辐射强度, 则太阳入射角为 收稿日期: 2000- 09- 20 云南省学术技术带头人培养资助 项目编号 1995 B14-4 作者简介: 刘祖明( 1962- ) , 男, 福建省上杭县人, 教授, 研究方向: 可再生能源利用 时的太阳直接辐射强度由 第 6 期刘祖明等: 固定式联网光伏方阵的最佳倾角 25? ( 1) 式可推得其计算公式: ( sin! cos - co s! cos ) sin? sin H tb = I ncos = I n + ( cos! cos + sin! sin cos ) cos?cos# + sin sin cos?sin# 一天倾斜面上得到的太阳直接辐射能可由( 3) 式求积分得出 H Tb = ( 3) d #= I 2 1 2 1 + # - # + # - # n ( sin! cos - cos! sin cos ) sin? + ( co s! cos + sin! co s ) cos?co s# d # sin + sin sin cos?sin# ? = I n ( #1 + #2) ( sin! cos - co s! cos ) sin? + ( sin#1 + sin#2) sin 180 ( cos! cos + sin! cos ) co s? + sin sin cos?( cos#2 - cos#1 sin 0 = ( sin! cos - cos! co s ) sin? sin + ( cos! cos + sin! sin cos ) cos?cos# + sin sin cos?sin# 显然此方程为 c = acos# + bsin# 形式的三角方程, 这类方程可化为 c = cos( #s - %) , ( %= t an- 1 ( b/ a) ) a2 + b 2 #s = % cos - 1 c a + b2 2 ( 4) #1 、 2 分别为倾斜面上的日出、 # 日落时角( 取绝对值) , 可由( 1) 式计算得出, 即: = 90 1) 式就变为 ,( ( 5) ( 6) 式中 a = sin sin co s?, b = ( cos! s + sin! co s ) cos?, co sin c = ( sin! cos%- cos! co s ) sin? sin 即可解之, 故由上式可求得 #s1 、 s2 。 # 但是若计算出的 #s1 、 s2 比水平面上的日出、 # 日落时角 #0 大时, #1 、 2 应取 #0 值, 因为水平面上还没 # 有日出时, 倾斜面上不可能有日照; 同样水平面上日落了, 倾斜面上也不可能还见得到太阳。 0 值可由 # ( 7) 式求出, 即: = 0 时, 由( 5) 式所求得 #1 、 2 即为水平面上的日出、 # 日落时角 #0 = #1 = #2 = cos ( - t an! an?) t - 1 ( 7) ( 8) 即 #1 = min #s1 #0 #0 = 0, = 0 时, 从( 4) 式可求出水平面上的直接辐射: , #2 = min #s2 H T b0 = I n 2( #0 ? sin! sin? + co s! cos?sin#0 ) 180 1. 3 斜面上的总太阳辐射量 倾斜放置的接收面在一天中所截获的总太阳辐射量可近似由下式计算 2 : H t = H bR b + H d R d + & R g H ( 9) ( 10) 式中 H b 、 d 、 分别为水平面上一天的太阳直接辐射量、 H H 散射辐射量、 总辐射量; &为地面反射率; R b 、 R d 、 g 分别为倾斜面上的直接辐射量、 R 天空散射辐射量和地面散射辐射量与水平面上的辐射量之比。 由( 4) 、 9) 式则可求出 R b 的值: ( ( sin! cos - cos! co s ) ( sin?) ( #1 + #2 ) ? sin 180 + ( cos! s + sin! cos ) ( cos?) ( sin#1 + sin#2 ) co sin Rb = H Tb = H T b0 + sin sin co s?( cos#2 - co s#1 ) ? 2( #0 sin! sin? + cos! cos?sin#0) 180 ( 11) 26? 云南师范大学学报( 自然科学版) 第 20 卷 若接收面朝正南倾斜放置时, = 0, #s 1 = #s2 = #s, 上式可简化为: ? cos( !- ) cos?sin#s + #s sin( !- ) sin? H Tb 180 Rb = = ( 12) H tb #0 ? sin! sin? + cos! cos?sin#0 180 Hay 的异质分布模型把水平面上的散射辐射看成是由直接来自太阳方位的绕日分量和来自天空其 余部分同质分布散射分量所组成, 且两组分接天空的同质性进行了平均, 此模型更接近实际的分布 3 1 + cos 2 式中 K t 为透明系数, K b 为水平面上直接辐射量和总辐射量的比值, 即直接辐射比例系数。 R d = K bK tR b + ( 1 - K bK t ) 地面反射引起的散射辐射是同质分布的, 即 2 : R g = ( 1 - co s ) / 2 可把( 4) 式化为: H t = H K bR b + ( 1 - K b) R d + & g R 如按月来计算全年倾斜面上的总太阳辐射量, 有 12 ( 13) ( 14) ( 15) HT= H i= 0 i K bi R bi + ( 1 - K bi ) R d i + &R g i ( 16) 式中下标 i 表示各月的量。 2 固定式联网太阳电池方阵的最佳倾角 根据计算, 太阳电池方阵应该面向正南( 北半球) , 才能接收到最大的太阳辐射能。 因此, 在可能的情 况下, 应使太阳电池方阵面向正南。 但由于建筑物方位的限制, 安装太阳电池屋顶时, 常常太阳电池方阵 不能正对正南, 但也必须使其尽量靠近正南方向, 这样才能接收到尽可能大的太阳辐射能。 对于联网的 太阳电池电源系统, 应该使太阳电池方阵全年接收到的太阳辐射最大为最佳。 对于给定方位角 , 固定 式太阳电池方阵在最佳状态时, 其倾角应满足: dH T = 0 ( 17) d sin R bi + K bi ( 1 + K t - K bi K t ) = 0 ( 18) 2 具体推导公式比较复杂, 我们用 C 语言编程的计算程序, 根据( 16) 式可求出倾斜面上的太阳总辐射量, 即 H i ( & + K bi K t - 1) i 以不同的倾角进行计算比较, 即可得到最佳倾角。 3 设计应用实例 应用上述理论和方法对云南省丽江县( 纬度: 北纬 26 , 经度: 东经 100 ) 8. 5 千瓦固定式联网 52 26 的太阳电池电站进行了最佳倾角设计。 当地水平面上太阳辐射数据如表 1。 年平均日照时数: 2505. 8 小 时, 水平面上年平均总太阳辐射量为 6120 M J / y r . m 。 表 1 丽江水平面上月平均太阳辐射数据( M J / month. m 2 ) T ab. 1Lijiang solar r adiation of ev ery month ( M J/ mo nt h. m 2 ) 1月 总 辐 射 散射辐射 466 114 2月 482 124 3月 588 162 4月 609 184 5月 635 256 6月 514 256 7月 503 266 8月 523 260 9月 437 231 10 月 11 月 12 月 477 196 445 125 441 113 2 由计算机计算的最佳设计结果见表 2。 如光伏方阵方位面向正南, 则可求出最佳倾角为 34日平均 , 第 6 期刘祖明等: 固定式联网光伏方阵的最佳倾角 27? 太阳 总辐射 量为 5. 235 kW h/ m 2. day , 全年单 位面积 光伏方 阵能接 收到的 总太阳 辐射量 为 1910. 8 kW h/ m . yr 。 此为最佳方案。 表 2 丽江联网光伏电站的设计数据 ( kW h/ m 2 . day ) T ab. 2Desig n data o f L ijiang g rid connected phot ov oltaic station( kW h/ m 2 . day ) = 0 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10 月 11 月 12 月 全年 4. 18 4. 78 5. 27 5. 64 5. 69 4. 76 4. 51 4. 69 4. 05 4. 27 4. 12 3. 95 4. 66 = 34 = 0 , 6. 25 6. 30 5. 95 5. 48 5. 06 4. 14 4. 01 4. 41 4. 18 5. 11 5. 90 6. 11 5. 24 = 26 = 32 , 5. 56 5. 77 5. 71 5. 52 5. 24 4. 32 4. 15 4. 49 4. 13 4. 82 5. 30 5. 39 5. 03 2 该套光伏方阵将安装在一教学楼屋顶上, 由于建筑物方位的限制, 较易安装的方位是偏东 32 。 如将 光 伏方阵按该方位角安装, 则可计算出最佳倾角为 26日平均太阳总辐射量为 5. 03 kW h/ m 2 . day , 全 , 年单位面积光伏方阵能接收到的总太阳辐射量为 1836. 0 kW h/ m . y r 。 如以正南方位为 100% , 偏东 32 光伏方阵年发电量减少约 3. 91% , 此为次佳方案。 如太阳电池 效率以 16. 5% 、 系统 效率以 80% 计 算, 8. 5 千瓦的光 伏电 站年发 电量正 南方位 为 12994. 7 kW h; 偏东 32 的年发电量为 12486. 0 kW h, 比正南方位减少约 508. 7 kW h, 20 年共减少 10174 kW h。 按当地电价 0. 60 元 / kW h 计, 减少发电量的电费为 6104. 4 元。 如屋顶限制不能以正南方位安装, 可以按此方案进行安装。 两种方案及与水平面太阳辐射的比较见图 1。 2 图 1 丽江不同方位角和倾角太阳辐射比较 Fig. 1Compar ison o f so la r r adiatio n on different azimuth and slope at L ijiang , Y unnan, China 28? 4 结论 云南师范大学学报( 自然科学版) 第 20 卷 ( 1) 本文从理论上推导出任意倾角、 方位角接收面上的总太阳辐射量计算公式, 其中散射辐射采用 更接近实际的 Hay 天空散射异质分布模型。 ( 2) 对于固定式联网光伏方阵, 其最佳设计应以全年得到最大的太阳辐射量为原则, 对于不能面向 正南( 北半球) 安装的太阳电池方阵, 应该使其方位角尽量靠近正南, 讨论了最佳倾角的计算, 利用计算 机对云南省丽江的光伏电站方阵进行了最佳倾角设计。 ( 3) 本方法可用于太阳能与建筑结合( 含太阳能光伏利用和光热利用) 的最佳设计。 参考文献 1 吕恩荣等. 太阳能光热转换及利用 M . 昆明: 云 南人民出版社, 1984, 21-28. 2 J A 达菲, W A 贝克曼. 太阳能 热能转换过程 M . 北京: 科学出版社, 1980, 1418. 3 M a C C Y and Iqbal M , Sta tistical compar ison o f models fo r estimating solar r adiation on inclined sur face, So lar Ener gy J . 1983, 31: 313- 217. Optimum Design for Fixed Grid Connected Photovoltaic Array LIU Zuming , LI Ying-jun, XIE Jian, ZHANG Chen-jing ( So la r Ener gy Resear ch Institute, Yunnan Pr ov incial Renew able Ener gy Eng ineer ing Key L abor ator y , Y unnan N or mal U niver sity , K unming 650092) ABSTRACTA general cal culation of sol ar av erag e radiat ion on non - concentr at ing sl oped sur face f or any surface azim ut h ang le w as r esearched. Hay anisot ropic dif fuse radiat ion m odel w as used in the calculat io n. T he opt imum design w as studied and calculat ion of the opt im um slo pe w ere presented. A fix ed g rid - connect ed P V syst em in L ijiang , Yunnan, China , w as desig ned acco rding t o t he above t heory . KEY WORDSgrid co nnect ed f ixed phot ov olt aic ar ray; azimuth angl e; optim um slope 1本文由lichunlong777贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 期 Vol . 20 No. 6 第 20 卷第 6月 Jour nal of云南师范大学学报 2000 年 11 Yunnan Normal Universit y Nov. 2000 固定式联网光伏方阵的最佳倾角 刘祖明, 李迎军, 谢建, 章晨静 ( 云南师范大学太阳能研究所、 云南省农村能源工程重点实验室, 云南 昆明 650092) 摘要: 研究了非聚光的任意方位角 倾斜面上太阳辐射 的计算, 其中 散射辐射的计算采 用 Hay 模型, 给出了最佳倾角的计算, 为固定式太阳能利用装置的最佳设计提供了理论依据。 应用该理论对给出了中 国云南一套固定式联网光伏方阵的最 佳倾角。 关键词: 固定式联网光伏方阵; 方位角; 最佳倾角 中图分类号: T M 914. 43文献标识码: A 文章编号: 1007- 9793( 2000) 06- 24- 05 太阳能光伏发电作为无污染的发电技术, 正受到世界各国的高度重视, 近几年世界太阳电池的产量 年增长均为 30% 左右, 成为世界上增长最快的可再生能源市场, 光伏产业已成为迅速日益壮大的产业。 目前发达国家为改善和保护环境, 促进太阳电池产业的壮大, 纷纷制定和实施光伏屋顶计划, 由政府提 供补贴, 将太阳电池装在城市居民住宅的屋顶上, 组成联网的光伏系统, 有太阳光照时向电网发电, 阴雨 天或夜晚又从电网买电, 将太阳电池与建筑物有机地结合起来, 光伏屋顶已成为最大的光伏应用市场。 新建的住宅应该考虑住宅的方位, 让其处于较易利用太阳能的方位。但有时由于地形的限制, 特别 是已建好的住宅, 其方位就有各种各样的可能, 有的甚至将太阳电池安装在朝阳的墙面上, 因此针对各 种方位角的太阳能利用装置得到的太阳辐射的计算就尤为重要, 是进行最佳设计最重要的依据。 本文研 究了非聚光的任意方位角倾斜面上太阳辐射的计算, 给出了最佳倾角的计算, 为固定式太阳能利用装置 的最佳设计提供了理论依据。应用该理论对中国云南一套固定式联网光伏方阵计算了最佳倾角。 1倾斜面上的太阳辐射能 1. 1 倾斜面上太阳光线的入射角 设接收面与水平面的夹角, 即倾角为 , 接收面的法线在水平面上的投影线与正南方向的夹角是 ( 称为接收面的方位角, 以正南方向为 0, 向西为正, 向东为负) , 太阳光线与接收面法线的夹角称为太 阳光的入射角 。 任一时刻太阳光线的入射角 计算公式为 1 : co s = ( sin! cos - co s! sin cos ) sin? + ( cos! cos + sin! cos ) co s?cos# + sin sin cos?sin# sin 1 ( 1) !为纬度( 在北半球为正、 南半球为负) , ? 为太阳赤纬角, 可由 Coo per 的近似公式 求得: ? 284 + n ?= 23. 45sin 2? ( 2) 180 365 式中 n 是一年中的第几天; # 为时角, 太阳在正午时为 0, 每走经度 15 为一小时, 上午为负, 下午为正。 1. 2 倾斜面上太阳直接辐射量 若 I n 为垂直太阳光线接收面上的太阳直接辐射强度, 则太阳入射角为 收稿日期: 2000- 09- 20 云南省学术技术带头人培养资助 项目编号 1995 B14-4 作者简介: 刘祖明( 1962- ) , 男, 福建省上杭县人, 教授, 研究方向: 可再生能源利用 时的太阳直接辐射强度由 第 6 期刘祖明等: 固定式联网光伏方阵的最佳倾角 25? ( 1) 式可推得其计算公式: ( sin! cos - co s! cos ) sin? sin H tb = I ncos = I n + ( cos! cos + sin! sin cos ) cos?cos# + sin sin cos?sin# 一天倾斜面上得到的太阳直接辐射能可由( 3) 式求积分得出 H Tb = ( 3) d #= I 2 1 2 1 + # - # + # - # n ( sin! cos - cos! sin cos ) sin? + ( co s! cos + sin! co s ) cos?co s# d # sin + sin sin cos?sin# ? = I n ( #1 + #2) ( sin! cos - co s! cos ) sin? + ( sin#1 + sin#2) sin 180 ( cos! cos + sin! cos ) co s? + sin sin cos?( cos#2 - cos#1 sin 0 = ( sin! cos - cos! co s ) sin? sin + ( cos! cos + sin! sin cos ) cos?cos# + sin sin cos?sin# 显然此方程为 c = acos# + bsin# 形式的三角方程, 这类方程可化为 c = cos( #s - %) , ( %= t an- 1 ( b/ a) ) a2 + b 2 #s = % cos - 1 c a + b2 2 ( 4) #1 、 2 分别为倾斜面上的日出、 # 日落时角( 取绝对值) , 可由( 1) 式计算得出, 即: = 90 1) 式就变为 ,( ( 5) ( 6) 式中 a = sin sin co s?, b =