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40~50%,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、定義
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(fù)角度,由南向西向北為正角度如太陽在正東方向時,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。
2、方位角選擇
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。
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%。
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(dāng)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。
3、傾角選擇
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。
4、理想傾角
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(dāng)?shù)鼐暥然虍?dāng)?shù)鼐暥燃由蠋锥茸鰹楫?dāng)?shù)靥柲茈姵亟M件安裝的傾斜角。當(dāng)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(dāng)?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°。
但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(fù)載供電的光伏發(fā)電系統(tǒng),這類負(fù)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(fù)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(fù)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(dāng)?shù)鼐暥冉嵌却笠恍?/div>
而對于主要為光伏水泵、制冷空調(diào)等夏季負(fù)載供電的光伏系統(tǒng),則應(yīng)考慮為夏季負(fù)載提供最大發(fā)電量,其傾斜角應(yīng)該比當(dāng)?shù)鼐暥鹊慕嵌刃∫恍?/div>