光伏電站傾角計算方式

太陽能陣列傾角計算方法的討論和介紹在光伏陣列設(shè)計和安裝中，許多參數(shù)需要根據(jù)安裝地點以及周圍環(huán)境進(jìn)行特殊計算和分析。太陽能陣列傾斜角度設(shè)計就是其中重要的一環(huán)。合理的設(shè)計和安裝可以提高系統(tǒng)產(chǎn)能10%20%｀｀陣列最佳傾角等千｀｀所在地的緯度角”。前，｀｀傾角等千緯度角”結(jié)論是怎么得出的吧。其實這并非是一個經(jīng)驗論，而是基千太陽行徑以及方位在特殊的日期下計算出來的一個等式。想要在地球上定位一，CLongitude和緯度(Latitude)0相當(dāng)千我們平面幾何中的Y軸和X軸，不過他們一個以本初子午線(thePrimeMeridian)為基準(zhǔn)，一個以赤道CEquator)為基準(zhǔn)，其坐標(biāo)交點就是我們需要查找的地點。比如北京的坐標(biāo)就是39.9N°,116.4°E,意思就是北京在赤道以北39.9度，格林威治線以東116.4度。經(jīng)緯度和方位角(Azimuth)是完全的兩個概念，但是這兩個角度對千光伏陣列的傾角和朝向，有著至關(guān)重要的影響，后文也會有所介紹。圖一：經(jīng)緯度示意圖圖一的0zenithzenithNFFOrizonN圖二：方位角示意圖一，｀｀上北下左西右東其實就是對方位角的通俗表達(dá)。如圖二所示，方位角(Azimuth)其實就是朝向相對0360180至-180澳大090180270APP測出來的是地球磁場的北極，是有一個偏角的，由千是不規(guī)則變化，所以沒有辦法固定這個偏角度。專業(yè)的光伏測儂儀器，比如英國的SEAWARD或美國的Solmetric生產(chǎn)的自帶內(nèi)置GPS圖二中還顯示了星體（太陽）的高度角CAltitude)a,的夾角。高度角隨著季節(jié)和一天內(nèi)不同時間段在變化，準(zhǔn)確的數(shù)值需要從觀測站數(shù)據(jù)庫獲得。高度角的變化直接影響太陽能板對太陽光照強度的接收。其實一年之內(nèi)，太陽相較千同一地點的直線距離是幾乎可以看做不變的，甚至冬季比夏季還短一些。而夏天熱冬天冷的真正原因就是高度角的差別。圖三：太陽季節(jié)性偏角示意圖圖三介紹了對千傾角計算的最后一個變暈，叫太陽的季節(jié)性偏角5Cdeclination這個是以春分秋分線為基準(zhǔn)，不同季節(jié)太陽相對千基準(zhǔn)線偏離的傾角。夏至(Summer=23.45Solstice)和冬至(WinterSolstice)時的太陽高度角與春分秋分(Equinox)的相差=23.45口 °。澳大利亞新南威爾士大學(xué)CUNSW)在其編的《AppliedPhotovoltaics》一書中介紹了太陽的偏角在其他日子里的算法，6?EXsin{-811/口是夏至冬至?xí)r相對千春分秋分時的太陽偏角23.45;口是夏至冬至?xí)r相對千春分秋分時的太陽偏角23.45;

(1)°112233天。南半球正北朝向的高度角a和緯度角0及偏角5之間的關(guān)系是，a=90-0-o (2)因為南北半球的季節(jié)是相反的，所以偏角的正負(fù)極也是相反的，進(jìn)而高度角的大小也不一樣。北半球正南朝向的高度角關(guān)系則是，a=90-0+6 (3)當(dāng)假設(shè)正午時，太陽可以垂直照射正南朝向的陣列時，陣列的傾角為8,那么陣列的傾角和太陽的高度角關(guān)系可以表示為，a+0=90 or a=90-0 (4)而當(dāng)春分和秋分時，太陽的偏角又等千O,那么此時高度角和緯度角的關(guān)系是，a=90-0 (5)結(jié)合(4)和(5)可以得出等式｀｀傾角8=緯度角0",這也就是我們一直默認(rèn)的最優(yōu)傾角選擇法的由來。這個方法是比較籠統(tǒng)并且存在一定誤差的，主要原因有兩個。首先，夏季光照強度是四季中CPeakSunHour)內(nèi)列傾角。以上海C31.2N)1833度的傾角均可以視為2330中國的屋頂和澳洲的屋頂情況是很大差別的。澳洲基本上以單戶住宅為主，屋頂面積大且?guī)?2.5°士20ii- 一 - - - - - - - - - ～ 一-::- .. .. .. ;\ 5i-::一心”以巳讓?.....-圖四：光照捕捉情況對比圖圖四是440%,110%120%1000W/m2統(tǒng)多用千地面電站，不是很適合屋頂項目?？烧{(diào)節(jié)安裝分為一年兩調(diào)和一年四調(diào)兩種，根據(jù)我2%和秋季的系統(tǒng)效率。根據(jù)我們自己的測試數(shù)據(jù)，采用可調(diào)節(jié)支架的系統(tǒng)可以比固定最優(yōu)角的系統(tǒng)多捕捉5%左右的陽光，對千大中型系統(tǒng)，這近5%的提升都是不小進(jìn)步。由千我國大部分城市都介千北緯23度40度之間，優(yōu)角的算法是，冗喲皿Xy9XXcos0XcosoX[sinws-80)XCOSWs]+XX(abXlStsXnXfz:o0dn冗8= 2斗基千普通安裝對精度要求不高的前提，通過MatLAB簡化近似千，9=0.76X0+3

,士2:,城市緯度支土傾角夏季緯度角模擬損失冬季緯度角模擬損失欠-E3緯度角模擬全年光照(kWh/.m2)最佳角模擬全年光照(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蘭州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廣州23.121-4.9%-2.1%-4.0%-2.8%11481150表一：中國部分城市光照捕捉表表一是傳統(tǒng)方法和新的計算方法結(jié)果對比。從表中可以看出，不但年均照射量有所提升以外，還有效減小了夏季的損失。然而這個方法在實際應(yīng)用中是有弊端的。夏季損耗減少勢必意味著冬季損耗的增多，這樣就會加大了季節(jié)發(fā)電量的不平均下降，導(dǎo)致無儲能式的系統(tǒng)自發(fā)自用更為合理，這樣就要求新系統(tǒng)設(shè)計在保證系統(tǒng)捕捉陽光土左右這樣年光照捕捉量的輸出圖像就會類似千圖四中紫色的波形。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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，．，．-,圖五：北京SkW系統(tǒng)41度傾角正南朝向優(yōu)化輸出圖如圖五所示，夏季左右光照損失量(CollectionLoss)偏多但是秋春冬季損失量依次減少，兩次的峰值大約出現(xiàn)在春分和秋分偏后的一段時間。但是右邊的輸出／照射比卻十分平滑，這樣對千負(fù)載穩(wěn)定的用戶就可以全年平穩(wěn)的消化掉系統(tǒng)的電量而不會出現(xiàn)冬季需要大量從電站購電的情況。但是對千地面電站，儲能式系統(tǒng)，以及類似中國目前分布式較高收購電價的情況下，最大化i.一i.一年兩調(diào)第一次調(diào)在三月三十號，調(diào)整角度θ=0X0.9321一年四調(diào)ii.第二次調(diào)在九月二十九號，調(diào)整角度θ=0x0.875+19.一年四調(diào)ii.θ2-24.3第二次調(diào)在八月二十四號，調(diào)整角度θ=0x0.982.3第三次調(diào)在十月七號，調(diào)整角度θ=0XO89+24第四次調(diào)在三月五號，調(diào)整角度θ=0x0.98-2.3以上便是推薦的新的方法，但是都在以北半球正南朝向的前提下推算的。傾角和朝向?qū)ηд麄€系統(tǒng)的影響至關(guān)重要，他們共同決定了陣列對千陽光的采集暈。事實上，這