太陽(yáng)能板的安裝角度計(jì)算方式

1、太陽(yáng)能板的安裝角度計(jì)算方式由于太陽(yáng)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(zhǎng)。利用太陽(yáng)光發(fā)電就是一種使用太陽(yáng)能的方式， 可是目前建設(shè)一個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的成本還是較高的，從我國(guó)現(xiàn)階段的太陽(yáng)能發(fā)電成本來(lái)看，其花費(fèi)在太陽(yáng)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(yáng)能，如何選取太陽(yáng)電池方陣的方位角與傾斜角是一個(gè)十分重要的問(wèn) 題。1 .方位角太陽(yáng)電池方陣的方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角（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(yáng)電池發(fā)電量是最大的。在偏離正南（北半球）30°度時(shí)，方陣

2、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(yáng)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(yáng)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(chǎng)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?yáng)陰影時(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(chǎng)合，希望

3、綜合考慮以上各方面的情況來(lái)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） X15F（經(jīng)度116） 10月9日北京的太陽(yáng)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(yáng)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)的最佳傾斜角度。一年中的最佳傾斜角與當(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

4、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(kāi)始逐漸向最佳的傾斜角過(guò)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。的傾斜放置都有實(shí)際的 例子。對(duì)于方位角不為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)

5、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(lái)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(méi)有陰影的前提 下得到的。因此，如果太陽(yáng)電池不能被日光直接照到時(shí)，那么只有散射光用來(lái)發(fā)電，此時(shí)的發(fā)電量比無(wú)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(yáng)出來(lái)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(kāi)陰影。如果實(shí)在無(wú)法躲開(kāi)，也應(yīng)從太陽(yáng)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

6、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L(zhǎng)1的竹竿，其南北方向的陰影長(zhǎng)度為L(zhǎng)2,太陽(yáng)高度（仰角）為 A,在方位角為B時(shí)，假設(shè)陰影的倍率為 R,則：R = L2L1 = ctgA x cosB此式應(yīng)按冬至那一天進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)椋且惶斓年幱白铋L(zhǎng)。例如方陣的上邊緣的高度為hl,下邊緣的高度為 h2,則：方陣之間的距離a = （h1-h2） x也當(dāng)緯度較高時(shí)，方陣之間的距離加大，相應(yīng)地設(shè)置場(chǎng)所的面 積也會(huì)增加。對(duì)于有防積雪措施的方陣來(lái)說(shuō)，其傾斜角度大，因此使方陣的高度增大，為避免陰影的影響，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

7、合適值，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(yáng)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，才能使方陣達(dá)到最佳狀態(tài)。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)原理光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì) 光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)1引言經(jīng)過(guò)光伏工作者們堅(jiān)持不懈的努力，太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)技術(shù)不斷得到提高，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(lái)通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)通信電源的要求也越來(lái)越高，所以穩(wěn)定可靠的太陽(yáng)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(yáng)能輻射條件，來(lái)設(shè)計(jì)出既經(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(guó)光伏事業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。筆者在學(xué)

8、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(zhǎng)連續(xù)陰雨天），而沒(méi)有考慮到虧電后的蓄電池最短恢復(fù)時(shí)間（即兩組最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)）。這個(gè)問(wèn)題尤其在我國(guó)南方地區(qū)應(yīng)引起高度重視，因?yàn)槲覈?guó)南方地區(qū)陰雨天既長(zhǎng)又多，而對(duì)于方便適用的獨(dú)立光伏電源系統(tǒng)，由于沒(méi)有應(yīng)急的其他電源保護(hù)備用，所以應(yīng)該將此問(wèn)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(lái)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(zhǎng)連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)作為設(shè)計(jì)的依據(jù)之一，并綜合考慮了各種影響太陽(yáng)能輻射條件的因素，提出了太陽(yáng)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

9、素太陽(yáng)照在地面太陽(yáng)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別。太陽(yáng)能電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率，受到電池本身的溫度、 太陽(yáng)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(yáng)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環(huán)境溫度的影響。太陽(yáng)能電池充放電控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

10、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(wú)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(yáng)能電池方陣所處的環(huán)境條件下（即現(xiàn)場(chǎng)的地理位置、 太陽(yáng)輻射能、氣候、氣象、地形和地物等），設(shè)計(jì)的太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池方陣用。這些氣象數(shù)據(jù)需取積累幾年甚至幾十年的平均值。地球上各地區(qū)受太陽(yáng)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(yáng)能電池方陣的發(fā)電量也有 24h的周期性

11、的變化，其規(guī)律與太陽(yáng)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(lái)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(yáng)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(jiàn)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(wú)日照時(shí)，均需用蓄電池供電。 氣象臺(tái)提供的太陽(yáng)能總輻射量或總?cè)照諘r(shí)數(shù)對(duì)決定蓄電池的容量 大小是不可缺少的數(shù)據(jù)。對(duì)太陽(yáng)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、控制器等)的耗量。方陣的輸出功率與組

12、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(guò)串并聯(lián)即組成所需要的太陽(yáng)能電池方陣。3蓄電池組容量設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置主要是蓄電池。與太陽(yáng)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(yáng)能電池匹配，要求蓄電池工作壽命長(zhǎng)且維護(hù)簡(jiǎn)單。(1)蓄電池的選用能夠和太陽(yáng)能電池配套使用的蓄電池種類很多，目前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饃鎘蓄電池三種。國(guó)內(nèi)目前主要使用鉛酸免維護(hù)蓄電池，因?yàn)槠涔逃械拿狻本S護(hù)

13、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(yáng)能電源系統(tǒng)，特別是無(wú)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)能力或低檔場(chǎng)合使用。堿性饃鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過(guò)充、過(guò)放性能，但由于其價(jià)格較高，僅適用于較為特殊的場(chǎng)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別。 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(guò)用電需要的月份，是靠蓄電池將多余的電能儲(chǔ)存起來(lái)。所以方陣發(fā)電量的不足和過(guò)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

14、，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=A< QLX NLMCCAh式中：A為安全系數(shù)，取之間；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(zhǎng)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，10c以下?。?CC為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取，堿性饃鎘蓄電池取。4太陽(yáng)能電池方陣設(shè)計(jì)(1)太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)數(shù) Ns將太陽(yáng)能電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來(lái)，就可獲得所需要的工作電壓， 但是，太陽(yáng)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

15、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(yáng)能電池組件的串聯(lián)電壓等于合適的浮充電壓時(shí)，才能達(dá)到最佳的充電狀態(tài)。 計(jì)算方法如下：Ns=UR/Uoc= (Uf+ UD+Uc) /Uoc (2) 式中：UR為太陽(yáng)能電池方陣輸出最小電壓； Uoc為太陽(yáng)能電池組件的最佳工作電壓；Uf為蓄電池浮充電壓;城巾緯度日輻射量Ht最佳傾角op斜面日輻射量哈爾濱12703+ 315838k春13572+ 117127沈陽(yáng)13793+ 116563北京15261+418035天津14356+ 516722呼和浩特16574+320075太原15061+517394烏魯木齊14464+ 1216

16、594四寧16777+ 119617蘭州14966+815842銀川16553+219615四安12781+ 1412952上海12760+313691南京13099+514207合肥12525+913299杭州11668+312372南昌13094+213714福州12001+ 412451濟(jì)南14043+615994鄭州13332+714558武漢13201+713707長(zhǎng)沙11377+611589廣州12110一712702海口13835+ 121351012515+512734成都10392+210304貴陽(yáng)10327+810235昆明14194一 815333拉薩21301一 824

17、151UD為二極管壓降，一般?。籙C為其它因數(shù)引起的壓降。表1我國(guó)主要城市的輻射參數(shù)表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(yáng)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(yáng)能電池方陣安裝地點(diǎn)的太陽(yáng)能日輻射量Ht,轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的平均日輻射時(shí)數(shù)H (日輻射量參見(jiàn)表 1):修正系數(shù)KopH=Ht 夕 10000h (3)式中：/ 10000 (hm2/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(yáng)能電池組件日發(fā)電量QpQp=Ioc X HX KopX C

18、zAh(4)式中：loc為太陽(yáng)能電池組件最佳工作電流；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。兩組最長(zhǎng)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(lái)，需補(bǔ)充的蓄電池容量Bcb為：Bcb=AX QLX NLAh(5)太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù) Np的計(jì)算方法為：Np= (Bcb+NwX QL / (QpX NW (6)式(6)的表達(dá)意為：并聯(lián)的太陽(yáng)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)足蓄電池在最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。(3)太陽(yáng)能電池方陣的功率計(jì)算根據(jù)太陽(yáng)能電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需太陽(yáng)能電池方陣的功率P:P=PoX NsX NpW7)式中：Po為太陽(yáng)能電池組件的額定功率。5設(shè)計(jì)實(shí)例以廣州某地面衛(wèi)星接收站為例，負(fù)載電壓為 12V,功率為25W,每天工作24h,最長(zhǎng)連續(xù)陰 雨天為15d,兩最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天最短間隔天數(shù)為30d,太陽(yáng)能電池采用云南半導(dǎo)體器件廠生產(chǎn)的38D975X 400型組件，組件標(biāo)準(zhǔn)功率為 38W,工作電壓，工作電流，蓄電池采用鉛酸免 維護(hù)蓄電池，浮充電壓為(14±1) V。其水平面太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)參照表1,其水平面的年平均日輻射量為12110 (kJ/m2), Ko