光伏电站倾角计算方式.docx

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1、太阳能阵列倾角计算方法的探讨和介绍在光伏阵列设计和安装中，很多参数须要依据安装地点以及四周环境进展特别计算和分析。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%左右，对于一些地理位置特别的工程，相较于较差的设计，增产更可能高达20据我所知，大多数业内设计师和安装师默认的方法是“阵列最正确倾角等于“所在地的纬度角。这篇文章将会探讨和证明这种方法的缺陷，同时介绍我个人认为更为优化和精确的测算方法。信任不少同仁在希望知道老方法的缺乏之前，可能更感爱好了解这个“倾角等于纬度角结论是怎么得出的吧。其实这并非是一个经验论，而是基于太阳行径以及方位在特别的日期下计算出来的一

2、个等式。想要在地球上定位一个地点，知道经纬度是必要的.经度(1.ongitude)和纬度(1.atitUde)0E,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，但是这两个角度对于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0角度就是该地点相对于地心的纬度角，而那么是该地点相对于格林威治线的经度角。假如说经纬角度是定位角的话，方位角更像一个指向角。在世界地图中，“上北下南，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）其实就是朝向相对于正北的偏角。通常方位角有两种

3、定义范囤,分别是O至360度和180至T80度。澳大利亚采纳的正北是。度,然后顺时针90度为正东，180度为正南,270度为正西。须要留意的是这里的正方向都是指的地理的正方向，而平常拿指南针或者大局部手机APP测出来的是地球磁场的北极，是有一个偏角的，由于是不规那么改变，所以没有方法固定这个偏角度。专业的光伏测量仪器，比方英国的SEAWARD或美国的So1.metric生产的自带内置GPS的测量工具，是可以精确测出地理北极的。当然设计师也可以登录网上卫星地图，用直尺或量角器在误差允许的范围内进展估测。图二中还显示了星体(太阳)的高度角(A1.titude),它表示太阳距离观测点与水平面所成的夹

4、角。高度角随着季节和一天内不同时间段在改变，精确的数值须要从观测站数据库获得。高度角的改变干脆影响太阳能板对太阳光照强度的接收。其实一年之内，太阳相较于同一地点的直线距离是几乎可以看做不变的，甚至冬季比受季还短一些。而夏天热冬天冷的真正缘由就是高度角的差异。9ftoch(MUh)图三：太阳季节性偏角示意图图三介绍了对于倾角计算的最终一个变量，叫太阳的季节性偏角(dec1.inationang1.e),这个是以春分秋分线为基准，不同季节太阳相对于基准线偏离的倾角。受至(SUmmerSoIStiCe)和冬至(WinterSoIStiCe)时的太阳高度角与春分秋分(Equinox)的相差。澳大利亚新

5、南威尔上高校(UNSW)在其编写的?APPIiedPhotovo1.taics?一书中介绍了太阳的偏角在其他日子里的算法，.(d-81)360z、sin(-365J其中，6是第d天的太阳偏角;E0；d是从1月1号算起的总天数。比方2月2号就是相当于33天。南半球正北朝向的高度角和纬度角0及偏角之间的关系是，=9006(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那么是，=90-0+(3)当假设正午时，太阳可以垂直照耀正南朝向的阵列时，阵列的倾角为0,那么阵列的倾角和太阳的高度角关系可以表示为，a+=90ora=90-(4)而当

6、春分和秋分时，太阳的偏角又等于0,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O=纬度角0,这也就是我们始终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肯定误差的，主要缘由有两个。首先，夏季光照强度是四季中最高的，但是“0=02的倾角，所以大局部的阵列都是干脆平按在屋顶上。相比于中国的屋顶，这既可以说是优势，也的确存在着弊端。好处是他们省掉了倾斜支架的那局部费用，同时风荷载要求不高，系统的稳固性和平安性可以确保。然而由于是单户，所以很多屋顶上都有烟囱和排臭管，有些还有卫星信号承受器，这些都是潜在的遮挡因素，由于是倾斜屋面，攀爬有不是很便利且不

7、平安。国内的屋顶以平房为主，一栋多户，屋顶平坦，作业时平安系数高，维护简单且便利清洁打理。所以，我建议，可以考虑采纳可调整的倾斜支架，这次的新方法，将会依据固定支架以及可调整支架给出不同的计算方法。图四：光照捕获状况比照图图四是4种安装全年光照捕获状况的比照。绿色的是双轴追踪支架，红色是可调整支架，蓝色是固定支架，紫色是固定支架对于冬季高能耗的系统设计的倾角安装。双轴追踪的系统优势是不言而喻的，距我们公司自己的工程比照，双轴追踪的年光照捕获量相比于固定最优倾角的系统，高出近40乐甚至到达110%至120%的额定产能。这是因为组建的额定功率是基于100(M/m2的光照标准的，然而夏季峰值时段的光

8、照强度是比标准光照要多的，但是不同地区多出的比率不一样。所以强度越高，输出电功越多，由于双轴追踪是几乎保持太阳时刻垂直照耀的阵列的，于是系统效率有着其他安装无法比较的优势。这种安装系统多用于地面电站，不是很适合屋顶工程。可调整安装分为一年两调和一年四调两种，依据我们的记录数据，捕获效率相差不大，大局部在於左右。两次调整分别在春分和秋分左右，以优化夏季和冬季的阳光捕获。四调那么是多加了夏至和冬至时的调整，目的是为了优化春季和秋季的系统效率。依据我们自己的测试数据，采纳可调整支架的系统可以比固定最优角的系统多捕获5%左右的阳光,对于大中型系统，这近懿的提升都是不小进步。由于我国大局部城市都介于北纬

9、23度至40度之间，那么针对于这个区间段的固定支架最优角的律法是，(今)YeX*ox30cos6Xstni-(建)cos4+X)a+，X号XXOdn基于一般安装对精度要求不高的前提，通过Mat1.AB简化近似于，0=0.76x0+3.1.29城市纬度佳角1.i更纬摸失李房损一盘拟一冬季结度角模抵损失晟模失季角振冬季最佳角模损损失纬度角模拟全年光照(kWhn2)最佳的模拟全年光照(kVh*2)北京39.833-6.2-2.3%-3.1%-5.3%15271533太原37.832-6.4%-2.6%-XW-5.214701476兰州36.130-6.4-2.1%-3.6%-4.4%15241535

10、南京32.027-5.5%-3.0%-33%-5.1%15481551上学31.223-5.9%-1.8%-3.2%-3.9%13111318成都X.724-6.2-0,1%-3.4%-1.1%891909昆明25.022-5.2%-3.1%-3.9为-4,4%15471547广州23.121-4.9-2.1%-4.-2.8%11481150表一：中国局部城市光照捕获表表一是传统方法和新的计算方法结果比照。从表中可以看出，不但年均照耀量有所提升以外，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。夏季损耗削减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。在澳大利亚大局

11、部州中，由于这几年上网电价补贴的跳水式下降，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获阳光效率的前提下尽量平衡四季的发电量，这时较合理的倾角应在纬度角左右2左右，这样年光照捕获量的输出图像就会类似于图四中紫色的波形。MainSimuhtionrtuttsSystemProductionProducedEnergy6.23MWyarSPeanCPrOd1247kWMcWp?yearPerformanceRagPR830%N*MM4I-tMUAMMtHMeaM*MMM丸“ftwM图五：北京5kW系统41度修(角正南朝向优化输出图如图五所示，夏季左右光照损失量(CO1.I

12、eCtiOn1.oSS)偏多但是秋春冬季损失量依次削减，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/照耀比却非常平滑，这样对于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须要大量从电站购电的状况。但是对于地面电站，储能式系统，以及类似中国目前分布式较高收购电价的状况下，最大化的捕获阳光以及输出电能，举荐的方法的确是一个不错的选择。在基于优化夏季阳光捕获量的前提下，举荐的一年两调和四调的简化方法是：i.一年两调第一次调在三月三十号，调整角度=0x0.93-21其次次调在九月二十九号，调整角度=00.875+19.2ii.一年四调第一次调在四月十八号，调整角度=0

13、0.92-24.3其次次调在八月二十四号，调整角度=00.98-2.3第三次调在十月七号，调整角度=00.89+24第四次调在三月五号，调整角度=0X0.98-2.3以上便是举荐的新的方法，但是都在以北半球正南朝向的前提卜推算的。倾角和朝向时于整个系统的影响至关重要，他们共同确定阵列对于阳光的采集量。事实上，这两个角度是相互独立的，倾角确定了全年的光照采集，而朝向影响着一天的光照状况，在实际应用中设计师还是须要“因地制宜”，依据详细状况分析推算。比方用户在夏季能耗高，但是东面有较多遮挡，那么就须要阵列略向西并且低倾角来安装。假如工程纬度偏高，地处亚寒带或寒带，用户冬季供暖用电量大，自然偏高的倾

14、角较志向。其实供应的方法只能用来参考，最优的设计，都是来自设计师对于用户需求进展全面的分析进展合理的规划得出的。太阳能阵列是个标明25年质保的工程，对于固定式安装的系统，更要求设计师本着职业的看法，从为顾客考虑的前提下全方位计第得出的，同时也要和施工队协调好，确保安装角度的精确性，这样一个成熟的合理的太阳能系统才可以真正的发挥最大限度的作用。作者简介I张帅杰，澳大利亚光伏工程师。毕业于澳大利亚新南威尔士高校可再生能源及太阳能工程系。师从RiChardCOrkiSh博士和A1.iSIairSPrOU1.教授。目前就职于澳大利亚一家光伏科技设计研发公司。是澳大利亚工程师协会(EngincersAusIra1ia)认证的工程师及成员，澳大利亚清洁能源协会(C1.eanEnergyCounci1.)认证的并网(gridconnected)和独立(standa1.one)光伏系统设计师，国际电力电子工程师机构(IEEE)以及澳大利亚太阳能协会(Austra1.iaSo1.arCounci1)成员。曾参加澳大利亚标准(AUStraIianStandard)的制定和评估，曾参加设计开发两项光伏系统测试及优化专利，其参加设计的60kW工程入选了澳大利亚政府颁发的“2021年100kW以下最正确设计奖前三名。