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，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30～40%，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。今天筆者總結(jié)了幾個增加發(fā)電量的方法。
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)姆轿唤牵蛘呤菫榱硕惚芴栮幱皶r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)-12)×15+(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?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān)，當緯度較高時，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，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。
太陽能電池組件的方位角與傾斜角選定是太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計時最重要的因素之一。所謂方位角一般是指東西南北方向的角度。對于太陽能光伏系統(tǒng)來說，方位角以正南為0°，由南向東向北為負角度，由南向本向北為下角度，如太陽在下東方向時，方位角為-90°，在正西方時方位角為90°。
方位角決定了陽光的入射方向，決定了各個方向的山坡或不同朝向的建筑物的采光狀況。傾斜角是地平面(水平面)與太陽能電池組件之間的夾角。傾斜角為0°時表示太陽能電池組件為水平設(shè)置，傾斜角為90°時表示太陽能電池組件為垂直設(shè)置。
太陽能電池方位角的選擇
在我國，太陽能電池的方位角一般都選擇正南方向，以使太陽能電池單位容量的發(fā)電量最大。如果受太陽能電池設(shè)置場所如屋頂、土坡、山地、建筑物結(jié)構(gòu)及陰影等的限制時，則應(yīng)考慮與它們的方位角一到，以求充分利用現(xiàn)有的地形和有效面積，并盡量避開周圍建、構(gòu)筑物或樹木等產(chǎn)生的陰影。
只要在正南±20°之內(nèi)，都不會對發(fā)電量有太大影響，條件允許的話，應(yīng)盡可能偏西南20°之內(nèi)，使太陽能發(fā)電量的峰值出現(xiàn)在中午稍過后某時，這樣有利冬季多發(fā)電。有些太陽能光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計時，當正南方向太陽能電池鋪設(shè)面積不夠大時，也可將太陽能電池鋪設(shè)在正東、正西方向。
太陽能電池傾斜角的選擇
最理想的傾斜角是使太陽能電池年發(fā)電量盡可能大，而冬季和夏季發(fā)電量差異盡可能小時的傾斜角。一般取當?shù)鼐暥然虍數(shù)鼐暥燃由蠋锥茸鰹楫數(shù)靥柲茈姵亟M件安裝的傾斜角。當然如果能夠采用計算機輔助設(shè)計軟件，可以進行太陽能傾斜角的優(yōu)化計算，使兩者能夠兼顧就更好了，這對于高緯度地區(qū)尤為重要。
高緯度地區(qū)的冬季和夏季水平面太陽輻射量差異非常大，例如我國黑龍江省相差約5倍。如果按照水平面輻射量參數(shù)時行設(shè)計，則蓄電池冬季存儲量過大，造成蓄電池的設(shè)計容量和投資都加大。選擇了最佳傾斜角，太陽能電池面上冬季和夏季輻射量之差變小，蓄電池的容量也可以減少，求得一個均衡，使系統(tǒng)造價降低，設(shè)計更為合理。
如果沒有條件對傾斜角進行計算機優(yōu)化設(shè)計，也可以根據(jù)當?shù)鼐暥却致源_定太陽能電池的傾斜角：
緯度為0°~25°時，傾斜角等于緯度；
緯度為26°~40°時，傾斜角等于緯度加上5°~10°；
緯度為41°~55°時，傾斜角等于緯度加上10°~15°；
緯度為55°以上時，傾斜角等于緯度加上15°~20°。
不同類型的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其最佳安裝傾斜角是有所不同的。例如光控太陽能路燈照明系統(tǒng)等季節(jié)性負載供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)，這類負載的工作時間隨著季節(jié)而變化，其特點是以自然光線的來決定負載每天工作時間的長短。
冬天時日照時間短，太陽能輻射能量小，而夜間負載工作時間長，耗電量大。因此系統(tǒng)設(shè)計時要考慮照顧冬天，按冬天時能得到最大發(fā)電量的傾斜角確定，其傾斜角應(yīng)該比當?shù)鼐暥冉嵌却笠恍６鴮τ谥饕獮楣夥谩⒅评淇照{(diào)等夏季負載供電的光伏系統(tǒng)，則應(yīng)考慮為夏季負載提供最大發(fā)電量，其傾斜角應(yīng)該比當?shù)鼐暥鹊慕嵌刃∫恍?/p>
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