太陽能電池板安裝角度怎樣計(jì)算--資料

1、1.太陽時(shí)ts時(shí)間的計(jì)量以地球自轉(zhuǎn)為依據(jù),地球自轉(zhuǎn)一周,計(jì) 24太陽時(shí),當(dāng)太陽到達(dá) 正南處為12:00.鐘表所指的時(shí)間也稱為平太陽時(shí)簡稱為平時(shí),我國采用東經(jīng) 120度經(jīng)圈上的平太陽時(shí)作為全國的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,即“北京時(shí)間.注：大同的經(jīng) 度為113°18'.該定義摘自?太陽能應(yīng)用技術(shù)?的第二章一一太陽輻射9. 時(shí)角Q 時(shí)角是以正午12點(diǎn)為0度開始算,每一小時(shí)為15度,上午為負(fù)下午為正, 即10點(diǎn)和14點(diǎn)分別為-30度和30度.因此,時(shí)角的計(jì)算公式為 =15ts -12度,1其中ts為太陽時(shí)單位：小時(shí).該定義摘自?太陽能應(yīng)用技術(shù)?的第二章一一 太陽輻射10. 赤緯角赤緯角也稱為太陽赤緯

2、,即太陽直射緯度,其計(jì)算公式近似為& = 23.45sin '"284竹度 <365 丿其中n為日期序號(hào),例如,1月1日為n=1,3月22日為n =81.該定義摘自 ?太陽能應(yīng)用技術(shù)?的第二章太陽輻射11. 太陽高度角炸i太陽高度角是太陽相對(duì)于地平線的高度角, 這是以太陽視盤面的幾何中央和 理想地平線所夾的角度.太陽高度角可以使用下面的算式,經(jīng)由計(jì)算得到很好的 近似值：si n ： = si n s in 心亠 cos cos、cos ,3其中為太陽高度角,為時(shí)角,-:為當(dāng)時(shí)的太陽赤緯,為當(dāng)?shù)氐木暥却笸木暥葹?0.1°.該定義摘自維基百科12. 太陽

3、方位角A.太陽方位角是太陽在方位上的角度,它通常被定義為從北方沿著地平線順時(shí)針量度的角.它可以利用下面的公式,經(jīng)由計(jì)算得到良好的近似值,但是由于反正弦值,也就是X =siny有兩個(gè)以上的解,但只有一個(gè)是正確的,所以必需小心的處理不過由于公式是使用余sin,cos、 sin Acos-F面的兩個(gè)公式也可以用來計(jì)算近似的太陽方位角,弦函數(shù),所以方位角永遠(yuǎn)是正值,因此,角度永遠(yuǎn)被解釋為小于180度,而必須依據(jù)時(shí)角來修正.當(dāng)時(shí)角為負(fù)值時(shí)上午,方位角的角度小于180度,時(shí)角為正值時(shí)下午,方位角應(yīng)該大于180度,即要取補(bǔ)角的值.A sin6 cos© cosj cos6 sin©、co

4、sA,5COSLcosA =sin-sin 二 sin ''cos： cos其中A為太陽的方位角,為太陽高度角,為時(shí)角,為當(dāng)時(shí)的太陽赤緯, 為當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥却笸木暥葹?0.1°太陽能電池板方陣安裝角度怎樣計(jì)算？由于太陽能是一種清潔的能源,它的應(yīng)用正在世界范圍內(nèi)快速地增長.利用太陽光發(fā)電就是一種使用太陽能的方式,可是目前建設(shè)一個(gè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的本錢還是較高的,從我國現(xiàn)階段的太陽能發(fā)電本錢來看,其花費(fèi)在太陽電池組件的費(fèi)用大約為6070%,因此,為了更加充分有效地利用太陽能,如何選取太陽電池方陣的方位角與傾斜角是一個(gè)十分重要的問題.仿位角太陽電池方陣的方位角是方陣的垂直面

5、與正南方向的夾角向東偏設(shè)定為負(fù)角度,向西偏設(shè)定為正角度.一般情況下,方陣朝向正南即方陣垂直面與正南的夾角為0°時(shí),太陽電池發(fā)電量是最大的.在偏離正南北半球30°度時(shí),方陣的發(fā)電量將減少約10%15%;在偏離正南北半球60°時(shí),方陣的發(fā)電量將減少約20%30%.但是,在晴朗的夏天,太陽輻射能量的最大時(shí)刻是在中午稍后,因此方陣的方位稍微向西偏一些時(shí),在午后時(shí)刻可獲得最大發(fā)電 功率.在不同的季節(jié),太陽電池方陣的方位稍微向東或西一些都有獲得發(fā)電量最大的時(shí)候.方陣設(shè)置場所受到許多條件的制約,例如,在地面上設(shè)置時(shí)土地的 方位角、在屋頂上設(shè)置時(shí)屋頂?shù)姆轿唤?或者是為了躲避太陽陰

6、影時(shí)的方位角,以及布置規(guī)劃、發(fā)電效率、設(shè)計(jì)規(guī)劃、建設(shè)目的等許多因素都有關(guān)系.如果要將方位角調(diào)整到在一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻與發(fā)電峰值時(shí)刻一致時(shí),請(qǐng)參考下述的公式.至于并網(wǎng)發(fā)電的場合,希望綜合考慮以上各方面的情況來選定方位角.方位角=一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻24小時(shí)制一12 X15+經(jīng)度一116 10月9日北京的太陽電池方陣處于不同方位角時(shí),日射量與時(shí)間推移的關(guān)系曲線. 在不同的季節(jié),各個(gè)方位的日射量峰值產(chǎn)生時(shí)刻是不一樣的.2傾斜角傾斜角是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角,并希望此夾角是方陣一年中發(fā)電量為最大時(shí)的最正確傾斜角度.一年中的最正確傾斜角與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān),當(dāng)緯度較高時(shí),相應(yīng)的傾斜角也大.但

7、是,和方位角一樣,在設(shè)計(jì)中也要考慮到屋頂?shù)膬A斜角及積雪滑落的傾斜角斜率大于50%-60%等方面的限制條件.對(duì)于積雪滑落的傾斜角,即使在積雪期發(fā)電量少而年總發(fā)電量也存在增加的情況,因此,特別是在并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)中,并不一定優(yōu)先考慮積雪的滑落,此 外,還要進(jìn)一步考慮其它因素.對(duì)于正南方位角為0.度,傾斜角從水平傾斜角為0.度開始逐漸向最正確的傾斜角過渡時(shí),其日射量不斷增加直到最大值,然后再增加傾斜角其日射量不斷減少.特別是在傾斜角大于50° -60°以后,日射量急劇下降,直至到最后的垂直放置時(shí),發(fā)電量下降到最小.方陣從垂直放置到10.20°勺傾斜放置都有實(shí)際的例子.對(duì)于

8、方位角不為 0.度的情況,斜面日射量的值普遍偏低,最大日射量的值是在與水平面接近的傾斜角度附近.以上所述為方位角、傾斜角與發(fā)電量之間的關(guān)系,對(duì)于具體設(shè)計(jì)某一個(gè)方陣的方位角和傾斜角還應(yīng)綜合地進(jìn)一步同實(shí)際情況結(jié)合起來考慮.3.陰影對(duì)發(fā)電量的影響 一般情況下,我們?cè)谟?jì)算發(fā)電量時(shí),是在方陣面完全沒有陰影的前提下得到的.因此,如果太陽電池不能被日光直接照到時(shí),那么只有散射光用來發(fā)電,此時(shí)的發(fā)電量比無陰影的要減少約10%20%.針對(duì)這種情況,我們要對(duì)理論計(jì)算值進(jìn)行校正.通常,在方陣周圍有建筑物及山峰等物體時(shí),太陽出來后,建筑物及山的周圍會(huì)存在陰影,因此在選擇敷設(shè)方陣的地方時(shí)應(yīng)盡量避開陰影.如果實(shí)在無法躲開

9、,也應(yīng)從太陽電池的接線方法上進(jìn)行解 決,使陰影對(duì)發(fā)電量的影響降低到最低程度. 另外,如果方陣是前后放置時(shí),后面的方陣與前面的方陣之間距離接近后,前邊方陣的陰影會(huì)對(duì)后邊方陣的發(fā)電 量產(chǎn)生影響.有一個(gè)高為L1的竹竿,其南北方向的陰影長度為 L2,太陽高度仰角為 A,在方位角為B時(shí),假設(shè)陰影的倍率為R,那么：R= L2/L1 = ctgA CosB此式應(yīng)按冬至那一天進(jìn)行計(jì)算,由于,那一天的陰影最長.例如方陣的上邊緣的高度為hl,下邊緣的高度為h2,那么：方陣之間的距離a = h1-h2 >R.當(dāng)緯度較高時(shí),方陣之間的距離加大,相應(yīng)地設(shè)置場所的面積也會(huì)增加.對(duì)于有防積雪舉措的方陣來說,其傾斜角度

10、大,因此使方陣的高度增大,為防止陰影的影響,相應(yīng)地也會(huì)使方陣之 間的距離加大.通常在排布方陣陣列時(shí),應(yīng)分別選取每一個(gè)方陣的構(gòu)造尺寸,將其高度調(diào)整到適宜值,從而利用其高度差使方陣之間的距離調(diào)整到最小.具體的太陽電池方陣設(shè)計(jì),在合理確定方位角與傾斜角的同時(shí),還應(yīng)進(jìn)行全面的考慮,才能使方陣到達(dá)最正確狀態(tài).太陽能發(fā)電系統(tǒng)原理光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)1引言經(jīng)過光伏工作者們堅(jiān)持不懈的努力,太陽能電池的生產(chǎn)技術(shù)不斷得到提升,并且日益廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域.特別是郵電通信方面,由于近年來通信行業(yè)的迅 猛開展,對(duì)通信電源的要求也越來越高,所以穩(wěn)定可靠的太陽能電源被廣泛使用于通信領(lǐng)域.而如何根據(jù)各地區(qū)太陽能輻射條件,來設(shè)計(jì)出既

11、經(jīng)濟(jì)而又可靠的 光伏電源系統(tǒng),這是眾多專家學(xué)者研究已久的課題,而且已有許多卓越的研究成果,為我國光伏事業(yè)的開展奠定了堅(jiān)實(shí)的根底.筆者在學(xué)習(xí)各專家的設(shè)計(jì)方法 時(shí)發(fā)現(xiàn),這些設(shè)計(jì)僅考慮了蓄電池的自維持時(shí)間即最長連續(xù)陰雨天,而沒有考慮到虧電后的蓄電池最短恢復(fù)時(shí)間即兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔 天數(shù).這個(gè)問題尤其在我國南方地區(qū)應(yīng)引起高度重視,由于我國南方地區(qū)陰雨天既長又多,而對(duì)于方便適用的獨(dú)立光伏電源系統(tǒng),由于沒有應(yīng)急的其他電源 保護(hù)備用,所以應(yīng)該將此問題納入設(shè)計(jì)中一起考慮.本文綜合以往各設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn),結(jié)合筆者多年來實(shí)際從事光伏電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的經(jīng)驗(yàn),引入兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)作為設(shè)

12、計(jì)的依據(jù)之 一,并綜合考慮了各種影響太陽能輻射條件的因素,提出了太陽能電池、蓄電池容量的計(jì)算公式,及相關(guān)設(shè)計(jì)方法.2影響設(shè)計(jì)的諸多因素太陽照在地面太陽能電池方陣上的輻射光的光譜、光強(qiáng)受到大氣層厚度 即大氣質(zhì)量 、地理位置、所在地的氣候和氣象、地形地物等的影響,其能量在一日、 一月和一年內(nèi)都有很大的變化,甚至各年之間的每年總輻射量也有較大的差異.太陽能電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率,受到電池本身的溫度、太陽光強(qiáng)和蓄電池電壓浮動(dòng)的影響,而這三者在一天內(nèi)都會(huì)發(fā)生變化,所以太陽能電池方陣的光電轉(zhuǎn) 換效率也是變量.蓄電池組也是工作在浮充電狀態(tài)下的,其電壓隨方陣發(fā)電量和負(fù)載用電量的變化而變化.蓄電池提供的能量還受

13、環(huán)境溫度的影響. 太陽能電池充放電限制器由電子元器件制造而成,它本身也需要耗能,而使用的元器件的性能、質(zhì)量等也關(guān)系到耗能的大小,從而影響到充電的效率等. 負(fù)載的用電情況,也視用途而定,如通信中繼站、無人氣象站等,有固定的設(shè)備耗電量.而有些設(shè)備如燈塔、航標(biāo)燈、民用照明及生活用電等設(shè)備,用電量是 經(jīng)常有變化的.設(shè)計(jì)者的任務(wù)是：在太陽能電池方陣所處的環(huán)境條件下即現(xiàn)場的地理位置、太陽輻射能、氣候、氣象、地形和地物等,設(shè)計(jì)的太陽能電池方陣及蓄電池電 源系統(tǒng)既要講究經(jīng)濟(jì)效益,又要保證系統(tǒng)的高可靠性.某特定地點(diǎn)的太陽輻射能量數(shù)據(jù),以氣象臺(tái)提供的資料為依據(jù),供設(shè)計(jì)太陽能電池方陣用.這些氣象數(shù)據(jù)需取積累幾年甚至

14、幾十年的平均值.地球上各地區(qū)受太陽光照射及輻射能變化的周期為一天 24h.處在某一地區(qū)的太陽能電池方陣的發(fā)電量也有 24h的周期性的變化,其規(guī)律與太陽照在該地區(qū)輻 射的變化規(guī)律相同.但是天氣的變化將影響方陣的發(fā)電量.如果有幾天連續(xù)陰雨天,方陣就幾乎不能發(fā)電,只能靠蓄電池來供電,而蓄電池深度放電后又需盡 快地將其補(bǔ)充好.設(shè)計(jì)者多數(shù)以氣象臺(tái)提供的太陽每天總的輻射能量或每年的日照時(shí)數(shù)的平均值作為設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù).由于一個(gè)地區(qū)各年的數(shù)據(jù)不相同,為可 靠起見應(yīng)取近十年內(nèi)的最小數(shù)據(jù).根據(jù)負(fù)載的耗電情況,在日照和無日照時(shí),均需用蓄電池供電.氣象臺(tái)提供的太陽能總輻射量或總?cè)照諘r(shí)數(shù)對(duì)決定蓄電池的 容量大小是不可缺

15、少的數(shù)據(jù).對(duì)太陽能電池方陣而言,負(fù)載應(yīng)包括系統(tǒng)中所有耗電裝置除用電器外還有蓄電池及線路、限制器等的耗量.方陣的輸出功率與組件串并聯(lián)的數(shù)量有關(guān),串聯(lián)是為了獲得所需要的工作電壓,并聯(lián)是為了獲得所需要的工作電流,適當(dāng)數(shù)量的組件經(jīng)過串并聯(lián)即組成所需要的太陽能電池方陣.3蓄電池組容量設(shè)計(jì)太陽能電池電源系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置主要是蓄電池.與太陽能電池方陣配套的蓄電池通常工作在浮充狀態(tài)下,其電壓隨方陣發(fā)電量和負(fù)載用電量的變化而變化.它 的容量比負(fù)載所需的電量大得多.蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響.為了與太陽能電池匹配,要求蓄電池工作壽命長且維護(hù)簡單.1蓄電池的選用 能夠和太陽能電池配套使用的蓄電池種類很多,目前

16、廣泛采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種.國內(nèi)目前主要使用鉛酸免維護(hù)蓄電池,由于其固有的 “免維護(hù)特性及對(duì)環(huán)境較少污染的特點(diǎn),很適合用于性能可靠的太陽能電源系統(tǒng),特別是無人值守的工作站.普通鉛酸蓄電池由于需要 經(jīng)常維護(hù)及其環(huán)境污染較大,所以主要適于有維護(hù)水平或低檔場合使用.堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過充、過放性能,但由于其價(jià)格較高,僅適用于 較為特殊的場合.2蓄電池組容量的計(jì)算蓄電池的容量對(duì)保證連續(xù)供電是很重要的 .在一年內(nèi),方陣發(fā)電量各月份有很大差異 .方陣的發(fā)電量在不能滿足用電需要的月份 ,要靠蓄電池的電能給以補(bǔ)足； 在超過用電需要的月份,是靠蓄電池將多余的電

17、能儲(chǔ)存起來.所以方陣發(fā)電量的缺乏和過剩值,是確定蓄電池容量的依據(jù)之一.同樣,連續(xù)陰雨天期間的負(fù)載 用電也必須從蓄電池取得.所以,這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因素之一.因此,蓄電池的容量 BC 計(jì)算公式為：BC=Y QA NATO/CCAh1式中：A為平安系數(shù),取1.1 1.4之間；QL 為負(fù)載日平均耗電量,為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)；NL 為最長連續(xù)陰雨天數(shù)；TO為溫度修正系數(shù),一般在 0C以上取1, 10C以上取1.1, 10C以下取1.2;CC 為蓄電池放電深度,一般鉛酸蓄電池取 0.75,堿性鎳鎘蓄電池取 0.85.4太陽能電池方陣設(shè)計(jì)1太陽能電池組件串聯(lián)數(shù) Ns 將太陽能電池組件

18、按一定數(shù)目串聯(lián)起來,就可獲得所需要的工作電壓,但是,太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng).串聯(lián)數(shù)太少,串聯(lián)電壓低于蓄電池浮充電壓, 方陣就不能對(duì)蓄電池充電.如果串聯(lián)數(shù)太多使輸出電壓遠(yuǎn)高于浮充電壓時(shí),充電電流也不會(huì)有明顯的增加.因此,只有當(dāng)太陽能電池組件的串聯(lián)電壓等于適宜 的浮充電壓時(shí),才能到達(dá)最正確的充電狀態(tài).計(jì)算方法如下：Ns=UR/Uoc=UfUDUc/Uoc2式中：UR為太陽能電池方陣輸出最小電壓；Uoc 為太陽能電池組件的最正確工作電壓；Uf 為蓄電池浮充電壓；UD 為二極管壓降,一般取 0.7V；UC為其它因數(shù)引起的壓降.表 1 我國主要城市的輻射參數(shù)表 ：城市緯度日輻射量 Ht最正確傾角

19、op斜面日輻射量修正系數(shù) Kop哈爾濱45.6812703卄3158381.1400長春43.9013572卄1171271.1548沈陽41.7713793卄1165631.0671北京39.8015261卄4180351.0976天津39.1014356+ 5167221.0692呼和浩特40.7816574+ 3200751.1468太原37.7815061+ 5173941.1005烏魯木齊43.7814464+ 12165941.0092西寧36.7516777+ 1196171.1360蘭州36.0514966+ 8158420.9489銀川38.4816553+ 219615 1

20、.1559西安 34.3012781+ 14129520.9275上海31.1712760+ 3136910.9900南京32.0013099+ 5142071.0249合肥31.8512525+ 9132990.9988杭州30.2311668+ 3123720.9362南昌28.6713094+ 2137140.8640福州26.0812001+ 4124510.8978濟(jì)南36.6814043+ 6159941.0630鄭州34.7213332+ 7145581.0476武漢30.6313201+ 7137070.9036長沙28.2011377+ 6115890.8028廣州23.13

21、12110一7127020.8850海口20.0313835+12135100.8761南寧22.8212515+ 5127340.8231成都30.6710392+ 2103040.7553貴陽26.5810327+ 8102350.8135昆明25.0214194一8153330.9216拉薩29.7021301一8241511.0964蓄電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數(shù)有關(guān),應(yīng)等于在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯(lián)的電池?cái)?shù).(2)太陽能電池組件并聯(lián)數(shù) Np在確定 NP 之前,我們先確定其相關(guān)量的計(jì)算方法. 將太陽能電池方陣安裝地點(diǎn)的太陽能日輻射量 Ht,轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的

22、平均日輻射時(shí)數(shù) H (日輻射量參見表1)H=HtX2.778/10000h( 3)式中：2.778/10000 ( h?m2/kJ)為將日輻射量換算為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)(1000W/m2)下的平均日輻射時(shí)數(shù)的系數(shù). 太陽能電池組件日發(fā)電量 QpQp=IocXHX KopXCzAh(4)式中：Ioc為太陽能電池組件最正確工作電流；Kop 為斜面修正系數(shù)(參照表 1)；Cz為修正系數(shù),主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失,一般取0.8. 兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)Nw,此數(shù)據(jù)為本設(shè)計(jì)之獨(dú)特之處,主要考慮要在此段時(shí)間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來,需補(bǔ)充的蓄電池容量Bcb 為：Bcb=AXQA NLAh(5) 太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計(jì)算方法為：Np= ( Bcb + NW< QL) / ( QpXNw) (6)式(6)的表達(dá)意為：并聯(lián)的太陽能電池組組數(shù),在兩組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量,不僅供負(fù)載使用,還需補(bǔ)足蓄電池在