最佳倾角和方位角的优化方法总结.doc

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1、1．最佳方位角、最佳倾角的确定对于全天无阴影遮盖的太阳能电池阵列，如果其倾角固定，则必然存在一个能够独得全天最多太阳总辐射能的最佳朝向，即最佳方位角。由于太阳总辐射中的散射部分与阵列朝向无关，所以只需要考虑阵列上太阳直射辐射强度随阵列面朝向的变化即可。在确定阵列的最佳方位角以后，还有另一个重要的参数需要确定，那就是阵列的最佳倾角β。阵列的倾角不仅跟太阳的直射辐射有关，而且跟太阳的散射也有相当的关系。因此，最佳倾角的确定要比最佳方位角的确定复杂。对于独立的光伏系统，（1）其太阳能电池阵列的最佳方位角与地理位置，计算日无关，其值为零。也就是说北半球的平面采光面朝向正南能获得最多

2、的太阳能收益，并且此最佳方位角的结论适用于任何地点、任何计算日；（2）最佳的太阳能电池阵列倾角是随着月份的不同而有所改变的。因此，采用逐月调节采光面倾角的太阳能光伏系统，其所获得的太阳辐射能量要比固定采光面倾角的系统高。若不能使用可调式的太阳能光伏系统，那么在确定全年最佳倾角时要充分考虑蓄电池的均衡充电要求。（3）以上说明忽略了阴影对发电量的影响，在实际的工程设计中，要结合周围环境，将阴影对发电量的影响考虑进去，这样才能使方阵达到最佳的状态。在我国，太阳能电池的方位角一般都选择正南方向，以使太阳能电池单位容量的发电量最大。如果受太阳能电池设置场所如屋顶、土坡、山地、建筑物结

3、构及阴影等的限制时，则应考虑与它们的方位角一致，以求充分利用现有的地形和有效面积，并尽量避开周围建筑物或树木等产生的阴影。只要在正南±20°之内，都不会对发电量有太大影响，条件允许的话，应尽可能偏西南20°之内，使太阳能发电量的峰值出现在中午稍过后某时，这样有利冬季多发电。有些太阳能光伏建筑一体化发电系统设计时，当正南方向太阳能电池铺设面积不够大时，也可将太阳能电池铺设在正东、正西方向。2．独立光伏系统最佳倾角优化方法通常的独立光伏系统，由于负载用电规律和太阳辐射情况不相一致，一般都需要蓄电池作为储能装置。蓄电池有其额定容量，充满后如继续充电将产生严重过充，会损坏蓄电池。同

4、时，蓄电池在放电时又只能允许一定的放电深度。因此，对蓄电池来说，要求尽可能均衡地充放电。然而，对一定的光伏方阵。其发电量是间歇性的，而且不同季节之间发电量差异很大。通过调节方阵的倾角可以适当缓解蓄电池和光伏发电量之间的矛盾。根据日地运动规律，在朝向赤道的适当倾斜面上所接收到的太阳辐射量要大于水平面上的辐射量。利用这个规律，有利于减小方阵容量，从而可降低投资费用。而且在一定范围内，倾角增大时，夏季照射在倾斜面上的太阳辐射量要减少，而冬季则增加，这正好符合光伏系统要求方阵全年发电尽量均衡的要求。然而，这两种变化并不成比例。随着倾斜角度的增加，夏季倾斜面上的辐射量减少较快，而冬季

5、却增加得较慢。这种变化情况与许多条件，如当地纬度、直接辐射量在总辐射量中所占比例、地面反射情况等有关。因此，选取光伏方阵最佳倾角要综合考虑多种因素。通常的做法，选择最佳倾角是以当地全年太阳辐射量最弱的月份得到最大的辐射量为标准，该月份在北半球通常是12月，南半球一般为6月。然而，这样片面照顾太阳辐射最弱的月份，会使夏季方阵面上接收到的太阳辐射量削弱太多，甚至低于冬季的辐射量，这样做显然是不妥当的。在负荷不变的独立光伏系统中，蓄电池的充放电处于日夜小循环和季节大循环状态。从总体上来看，可以认为在辐射量较大的连续6个月（称为“夏半年”）中，蓄电池处于充电状态，其余连续6个月（称

6、为“冬半年”）则处于放电状态。因此不应以某个月作为依据，而以半年为单位较为合适。若以H1和H2分别表示夏半年和冬半年的平均日辐射量，则在水平面上H1＞H2。根据蓄电池均衡充电的要求，最好做到夏半年和冬半年在方阵面上的日辐射量相等，即H1=H2。但同时还要使方阵面上冬半年的日辐射量H2尽量达到最大值，从而增加方阵在太阳辐射强度较弱月份的发电量。综合考虑这些因素，可以分别算出不同倾角时方阵面上夏半年和冬半年的平均日辐射量H1和H2。一般情况下，随着倾角增大，H1减少较快，而H2增加较慢，并有一极大值。确定最佳倾角的方法是：①H2达到极大值时，如仍有H1＞H2,则取H2极大值所对

7、应角度为最佳倾角。②在H2达极大值之前，已有H1=H2，如仍取H2极大值对应角度，则有H1＜H2，这时夏半年辐射量削弱太多，故应取H1=H2，所对应的角度为最佳倾角。4．并网系统系统最佳倾角优化方法原则：全年发电量最大的角度作为最佳倾角。