太陽能板的安裝角度計算方式

1、太陽能板的安裝角度計算方式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)一個太陽能發(fā)電系統(tǒng)的成本還是較高的，從我國現(xiàn)階段的太陽能發(fā)電成本來看，其花費在太陽電池組件的費用大約為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十分重要的問題。1 . 方位角太陽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，太陽電池發(fā)電量是最大的。在偏離正南（北半球）30°度時，方陣的

2、發(fā)電量將減少約10%15%;在偏離正南（北半球）60°時，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刻是在中午稍后，因此方陣的方位稍微向西偏一些時，在午后時刻可獲得最大發(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)置時土地的方位角、在屋頂上設(shè)置時屋頂?shù)姆轿唤?，或者是為了躲避太陽陰影時的方位角，以及布置規(guī)劃、發(fā)電效率、 設(shè)計規(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)整到在一天中負荷的峰值時刻與發(fā)電峰值時刻一致時，請參考下述的公式。至于并網(wǎng)發(fā)電的場合，希望綜合

3、考慮以上各方面的情況來選定方位角。方位角=（一天中負荷的峰值時刻（24小時制）一12） X15F（經(jīng)度116） 10 月 9 日北京的太陽電池方陣處于不同方位角時，日射量與時間推移的關(guān)系曲線。在不同的季節(jié)，各個方位的日射量峰值產(chǎn)生時刻是不一樣的。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，相應(yīng)的傾斜角也大。但是，和方位角一樣，在設(shè)計中也要考慮到屋頂?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

4、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，還要進一步考慮其它因素。對于正南（方位角為0°度） ，傾斜角從水平（傾斜角為0°度）開始逐漸向最佳的傾斜角過渡時，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， 發(fā)電量下降到最小。 方陣從垂直放置到 10。20。的傾斜放置都有實際的例子。對于方位角不為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，

5、對于具體設(shè)計某一個方陣的方位角和傾斜角還應(yīng)綜合地進一步同實際情況結(jié)合起來考慮。3 .陰影對發(fā)電量的影響一般情況下，我們在計算發(fā)電量時，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，那么只有散射光用來發(fā)電，此時的發(fā)電量比無陰影的要減少約10%20%。針對這種情況，我們要對理論計算值進行校正。通常，在方陣周圍有建筑物及山峰等物體時，太陽出來后，建筑物及山的周圍會存在陰影，因此在選擇敷設(shè)方陣的地方時應(yīng)盡量避開陰影。如果實在無法躲開，也應(yīng)從太陽電池的接線方法上進行解決，使陰影對發(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，后面的方陣與前面的方陣之間距離接近后，

6、前邊方陣的陰影會對后邊方陣的發(fā)電量產(chǎn)生影響。有一個高為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，假設(shè)陰影的倍率為 R,則：R = L2L1 = ctgA X cosB此式應(yīng)按冬至那一天進行計算，因為，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,則：方陣之間的距離a = （h1-h2） x也當(dāng)緯度較高時，方陣之間的距離加大，相應(yīng)地設(shè)置場所的面積也會增加。對于有防積雪措施的方陣來說，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)地也會使方陣之間的距離加大。通常在排布方陣陣列時，應(yīng)分別選取每一個方陣的構(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。 具體的太陽電池方陣設(shè)計，在合理確定方位角與傾斜角的同時，還應(yīng)進行全面的考慮，才能使方陣達到最佳狀態(tài)。太陽能發(fā)電系統(tǒng)原理光伏系統(tǒng)設(shè)計光伏系統(tǒng)設(shè)計1 引言經(jīng)過光伏工作者們堅持不懈的努力，太陽能電池的生產(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)的迅猛發(fā)展，對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)計出既經(jīng)濟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)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。筆者在

8、學(xué)習(xí)各專家的設(shè)計方法時發(fā)現(xiàn)，這些設(shè)計僅考慮了蓄電池的自維持時間（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)時間（即兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)）。這個問題尤其在我國南方地區(qū)應(yīng)引起高度重視，因為我國南方地區(qū)陰雨天既長又多，而對于方便適用的獨立光伏電源系統(tǒng)，由于沒有應(yīng)急的其他電源保護備用，所以應(yīng)該將此問題納入設(shè)計中一起考慮。本文綜合以往各設(shè)計方法的優(yōu)點，結(jié)合筆者多年來實際從事光伏電源系統(tǒng)設(shè)計工作的經(jīng)驗， 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)計的依據(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、蓄電池容量的計算公式，及相關(guān)設(shè)計方法。2 影響設(shè)計的諸多

9、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、太陽光強和蓄電池電壓浮動的影響，而這三者在一天內(nèi)都會發(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，從而影響

10、到充電的效率等。負載的用電情況，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)計的太陽能電池方陣及蓄電池電源系統(tǒng)既要講究經(jīng)濟效益，又要保證系統(tǒng)的高可靠性。某特定地點的太陽輻射能量數(shù)據(jù)，以氣象臺提供的資料為依據(jù)，供設(shè)計太陽能電池方陣用。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，

11、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充好。設(shè)計者多數(shù)以氣象臺提供的太陽每天總的輻射能量或每年的日照時數(shù)的平均值作為設(shè)計的主要數(shù)據(jù)。由于一個地區(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)負載的耗電情況，在日照和無日照時， 均需用蓄電池供電。氣象臺提供的太陽能總輻射量或總?cè)照諘r數(shù)對決定蓄電池的容量大小是不可缺少的數(shù)據(jù)。對太陽能電池方陣而言，負載應(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件串并聯(lián)的數(shù)量有關(guān)

12、，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)計太陽能電池電源系統(tǒng)的儲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)電量和負載用電量的變化而變化。它的容量比負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，目前廣泛采用的有鉛酸免維護蓄電池、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蓄電池，因為其固有的 “免 ”維護特性及對環(huán)

13、境較少污染的特點，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)常維護及其環(huán)境污染較大，所以主要適于有維護能力或低檔場合使用。堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過充、過放性能，但由于其價格較高，僅適用于較為特殊的場合。（ 2）蓄電池組容量的計算蓄電池的容量對保證連續(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足；在超過用電需要的月份， 是靠蓄電池將多余的電能儲存起來。所以方陣發(fā)電量的不足和過剩值，是確定蓄電池容量的依據(jù)之一。同樣，連續(xù)陰雨天期間的負載用電也必須從蓄電池取得。所以， 這期間的

14、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計算公式為：BC二町 QLX NLMCCAh式中：A為安全系數(shù)，取之間；QL 為負載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時數(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0以上取1，10以上取，10以下?。籆C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 太陽能電池方陣設(shè)計（ 1 ）太陽能電池組件串聯(lián)數(shù)Ns將太陽能電池組件按一定數(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，方陣就不能對蓄電池充電。如果串聯(lián)數(shù)太多使輸出電壓遠高于浮充電壓時，充

15、電電流也不會有明顯的增加。因此，只有當(dāng)太陽能電池組件的串聯(lián)電壓等于合適的浮充電壓時，才能達到最佳的充電狀態(tài)。計算方法如下：Ns=UR/Uoc=（ Uf UD Uc） /Uoc（ 2）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佳工作電壓；Uf 為蓄電池浮充電壓；城市緯度日輻射量Ht最佳傾角op斜面日輻射量哈爾濱12703+ 315838長春13572+ 117127沈陽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+ 1216594西寧16777+ 1196

16、17蘭州14966+815842銀川16553+219615西安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濟南14043+615994鄭州13332+ 714558武漢13201+ 713707長沙11377+611589廣州12110一 712702海口13835+ 1213510南寧12515+ 512734成都10392+210304貴陽10327+810235昆明14194一 815333拉薩21301一 824151UD 為二極管

17、壓降，一般?。籙C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)的電池數(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)量的計算方法。將太陽能電池方陣安裝地點的太陽能日輻射量Ht,轉(zhuǎn)換成在標準光強下的平均日輻射時數(shù)H (日輻射量參見表 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準光強(1000W/m2 )下的平均日輻射時數(shù) 的系數(shù)。太陽能電池組件日發(fā)電量QpQp=Ioc X HX KopX CzAh(

18、4)式中：loc為太陽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)計之獨特之處，主要考慮要在此段時間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補充起來，需補充的蓄電池容量Bcb 為：Bcb=AX QLX NLAh(5)太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np 的計算方法為：Np= (Bcb+NwX QL / (QpX NW (6)式(6)的表達意為：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，不僅供負載使用，還需補足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。(3)太陽能電池方陣的功率計算根據(jù)太陽能電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需太陽能電池方陣的功率P：P=PoX NsX NpW7)式中：Po為太陽能電池組件的額定功率。5 設(shè)計實例以廣州某地面衛(wèi)星接收站為例，負載電壓為12V,功率為25W,每天工作24h,最長連續(xù)陰雨天為15d,兩最長連續(xù)陰雨天最短間隔天數(shù)為30d,太陽能電池采用云南半導(dǎo)體器件廠生產(chǎn)的38D975X 400型組件，組件標準功率為38W,工作電壓，工作電流，蓄電池采用鉛酸免維護蓄電池，浮充電壓為(14±1) V。其水平面太陽輻射數(shù)據(jù)參照表1,其水平面的年平均日輻射量為12110( kJ/m2) ， Kop 值為，