太阳能电池板最佳倾角计算

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1、独立光伏系统最佳倾角计算研究  摘要：在独立太阳能泥多佛大系统中，电池阵列方位角跟倾角的确定非常重要。本文以在北京地区安装太阳能光伏系统为例，通过太阳能电池阵列方位角跟踪倾角的计算与仿真，确定其最佳的组合角度关键词：太阳能光伏方位角倾角1前言太阳能电池阵列是一种能够吸收太阳光并将其转化为电流的半导体装置。为了更加充分有效的利用太阳能，如何选取太阳能电池板的方位角和倾斜角是一个十分重要的课题。按照不同的使用情况，阵列倾角有着不同的要求。对于并网系统及极少数应用领域，希望方阵全年接受到的辐射量最大，因而可取方阵倾角接近于当地纬度，而对于

2、应用最广的独立光优系统，则有其特殊的要求。本文以在北京这座城市安装太阳能电池板为案例，对其安装角度进行计算，并通过计算机仿真，得出其最佳组合角度。2最佳方位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。由文献可知投射到某一阴影遮盖的全天太阳能直射辐射能量ED的计算公式如下[1]：其中ts2—当地太阳时日出时间ts1—当地太阳时日出时间CN—大气透明系数

3、，随地区而异α—太阳高度角β—阵列倾角Zz—太阳方位角Zc—阵列正向与正南向的夹角A、     B的逐月数据见表1。表1A、B的逐月数值[2]月份AB月份AB11.2300.14271.0850.20721.2130.14481.1070.20131.1860.15691.1520.17741.1350.180101.1920.16051.1040.196111.2200.14961.0880.205121.2330.142假设该计算日内天空云况恒定，即CN值不变，为了求Zc的最佳值，我们将ED对Zc求导得：因为所以我们可将积分变量

4、由ts转化成太阳时角H，得到：式中，H1为日出时间对应的太阳时角；H2为日落时间对应的太阳时角。令，根据太阳时及太阳时角的定义，式中的积分区间[H1,H2]关于原点对称，太阳方位角的余弦函数cosZc是太阳时角H的偶函数[4]；正弦sinZs是太阳时角H的奇函数[3]，因此的最佳值为03最佳倾角的确定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。由太阳总辐射能量公式：其中：is—太阳直

5、射辐射入射角；C—随月份而异的无量纲数，具体数值参考文献[1]FS—阵列与地面向间的角系数—地面反射率，具体数值参考问文献[1]令，可求解出β的值。但用纯数学手段求解其计算量相当繁重，因此 我们利用PVSYST软件对其进行建模仿真，并采折半查找法得到最佳倾角，计算及结果如下：1）           计算地点为北京市，经度数1162°，纬度为396°；2）           计算时间为2006年；3）           阵列方位角为0,°；4）           假设计算日皆为晴天，且采光面无阴影遮盖。表2北京地区逐月太阳能辐

6、射能量JanFebMarAprMayJuneJulyAugSepOctNovDecYearHor.global64.780.6115.3150.5168.9164.2130.2130.9117.498.266.255.81343.0Kwh/m2.mHor.diffuse30.337.053.865.376.978.073.869.457.145.532.027.1646.3Kwh/m2.mExtraterrestrial134.8164.6239.5290.6342.0348.0351.8318.4255.5202.5143.012

7、1.32911.9Kwh/m2.mCleamesslndex0.4800.4900.4810.5180.4940.4720.3700.4110.4590.4850.4630.4600.461Ambtemper.-4.3-1.95.113.620.024.225.924.619.612.74.3-2.211.8oCWindvelocity2.82.93.23.42.92.51.91.61.92.12.62.72.5m/s表3逐月最佳倾角计算结果月份β(°)月份β(°)1597142518173399314281049527115561

8、01262由于在独立光伏系统中，蓄电池有着均衡充电的要求，因此，要尽量增加方阵在太阳辐射强度较弱月份的发电量。在此项要求下，我们可确定在北京安装太阳能电池阵列的全年最佳倾角为45°4结论对于独立的光伏系统，（1）其太阳能电池阵列的最佳