光伏电站倾角计算方式

太阳能阵列倾角计算方法的讨论和介绍在光伏阵列设计和安装中，许多参数需要根据安装地点以及周围环境进行特殊计算和分析。太阳能阵列倾斜角度设计就是其中重要的一环。合理的设计和安装可以提高系统产能10%20%｀｀阵列最佳倾角等千｀｀所在地的纬度角”。前，｀｀倾角等千纬度角”结论是怎么得出的吧。其实这并非是一个经验论，而是基千太阳行径以及方位在特殊的日期下计算出来的一个等式。想要在地球上定位一，CLongitude和纬度(Latitude)0相当千我们平面几何中的Y轴和X轴，不过他们一个以本初子午线(thePrimeMeridian)为基准，一个以赤道CEquator)为基准，其坐标交点就是我们需要查找的地点。比如北京的坐标就是39.9N°,116.4°E,意思就是北京在赤道以北39.9度，格林威治线以东116.4度。经纬度和方位角(Azimuth)是完全的两个概念，但是这两个角度对千光伏阵列的倾角和朝向，有着至关重要的影响，后文也会有所介绍。图一：经纬度示意图图一的0zenithzenithNFFOrizonN图二：方位角示意图一，｀｀上北下左西右东其实就是对方位角的通俗表达。如图二所示，方位角(Azimuth)其实就是朝向相对0360180至-180澳大090180270APP测出来的是地球磁场的北极，是有一个偏角的，由千是不规则变化，所以没有办法固定这个偏角度。专业的光伏测侬仪器，比如英国的SEAWARD或美国的Solmetric生产的自带内置GPS图二中还显示了星体（太阳）的高度角CAltitude)a,的夹角。高度角随着季节和一天内不同时间段在变化，准确的数值需要从观测站数据库获得。高度角的变化直接影响太阳能板对太阳光照强度的接收。其实一年之内，太阳相较千同一地点的直线距离是几乎可以看做不变的，甚至冬季比夏季还短一些。而夏天热冬天冷的真正原因就是高度角的差别。图三：太阳季节性偏角示意图图三介绍了对千倾角计算的最后一个变晕，叫太阳的季节性偏角5Cdeclination这个是以春分秋分线为基准，不同季节太阳相对千基准线偏离的倾角。夏至(Summer=23.45Solstice)和冬至(WinterSolstice)时的太阳高度角与春分秋分(Equinox)的相差=23.45口 °。澳大利亚新南威尔士大学CUNSW)在其编的《AppliedPhotovoltaics》一书中介绍了太阳的偏角在其他日子里的算法，6�EXsin{-811/口是夏至冬至时相对千春分秋分时的太阳偏角23.45;口是夏至冬至时相对千春分秋分时的太阳偏角23.45;

(1)°112233天。南半球正北朝向的高度角a和纬度角0及偏角5之间的关系是，a=90-0-o (2)因为南北半球的季节是相反的，所以偏角的正负极也是相反的，进而高度角的大小也不一样。北半球正南朝向的高度角关系则是，a=90-0+6 (3)当假设正午时，太阳可以垂直照射正南朝向的阵列时，阵列的倾角为8,那么阵列的倾角和太阳的高度角关系可以表示为，a+0=90 or a=90-0 (4)而当春分和秋分时，太阳的偏角又等千O,那么此时高度角和纬度角的关系是，a=90-0 (5)结合(4)和(5)可以得出等式｀｀倾角8=纬度角0",这也就是我们一直默认的最优倾角选择法的由来。这个方法是比较笼统并且存在一定误差的，主要原因有两个。首先，夏季光照强度是四季中CPeakSunHour)内列倾角。以上海C31.2N)1833度的倾角均可以视为2330中国的屋顶和澳洲的屋顶情况是很大差别的。澳洲基本上以单户住宅为主，屋顶面积大且几22.5°士20ii- 一 - - - - - - - - - ～ 一-::- .. .. .. ;\ 5i-::一心”以巳让�.....-图四：光照捕捉情况对比图图四是440%,110%120%1000W/m2统多用千地面电站，不是很适合屋顶项目。可调节安装分为一年两调和一年四调两种，根据我2%和秋季的系统效率。根据我们自己的测试数据，采用可调节支架的系统可以比固定最优角的系统多捕捉5%左右的阳光，对千大中型系统，这近5%的提升都是不小进步。由千我国大部分城市都介千北纬23度40度之间，优角的算法是，冗哟皿Xy9XXcos0XcosoX[sinws-80)XCOSWs]+XX(abXlStsXnXfz:o0dn冗8= 2斗基千普通安装对精度要求不高的前提，通过MatLAB简化近似千，9=0.76X0+3

,士2:,城市纬度支土倾角夏季纬度角模拟损失冬季纬度角模拟损失欠-E3纬度角模拟全年光照(kWh/.m2)最佳角模拟全年光照(kWh/.m2)北京39.833-6.2%-2.3%-3.1%-5.3%15271533太原37.832-6.4%一2.6%-3.7%-5.2%14701476兰州36.130-6.4%一2.1%-3.6%-4.4%15241535南京32.027一5.5%-3.0%-3.3%-5.1%15481551上海31.223一5.9%一1.8%-3.2%-3.9%13111318成都30.724一6.2%-0.1%-3.4%一1.1%891909昆明25.022-5.2%-3.1%-3.9%-4.4%15471547广州23.121-4.9%-2.1%-4.0%-2.8%11481150表一：中国部分城市光照捕捉表表一是传统方法和新的计算方法结果对比。从表中可以看出，不但年均照射量有所提升以外，还有效减小了夏季的损失。然而这个方法在实际应用中是有弊端的。夏季损耗减少势必意味着冬季损耗的增多，这样就会加大了季节发电量的不平均下降，导致无储能式的系统自发自用更为合理，这样就要求新系统设计在保证系统捕捉阳光土左右这样年光照捕捉量的输出图像就会类似千图四中紫色的波形。Mainslmulatlonresults=�=SystemProduction ProducedEnergy8.23MWh/yearSpecificprod.1247kWh/kWp/yearPerformanceRatioPR83.0%=�=＿，寸'""....I�-::.--汕..«11沁<lue血f'I(perlfttUI＿，寸'""....I�-::.-．`）一－匕三千啊，一一，心一．`）一一＿

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，．，．-,图五：北京SkW系统41度倾角正南朝向优化输出图如图五所示，夏季左右光照损失量(CollectionLoss)偏多但是秋春冬季损失量依次减少，两次的峰值大约出现在春分和秋分偏后的一段时间。但是右边的输出／照射比却十分平滑，这样对千负载稳定的用户就可以全年平稳的消化掉系统的电量而不会出现冬季需要大量从电站购电的情况。但是对千地面电站，储能式系统，以及类似中国目前分布式较高收购电价的情况下，最大化i.一i.一年两调第一次调在三月三十号，调整角度θ=0X0.9321一年四调ii.第二次调在九月二十九号，调整角度θ=0x0.875+19.一年四调ii.θ2-24.3第二次调在八月二十四号，调整角度θ=0x0.982.3第三次调在十月七号，调整角度θ=0XO89+24第四次调在三月五号，调整角度θ=0x0.98-2.3以上便是推荐的新的方法，但是都在以北半球正南朝向的前提下推算的。倾角和朝向对千整个系统的影响至关重要，他们共同决定了阵列对千阳光的采集晕。事实上，这