1、太陽能方陣安裝角度的計(jì)算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(gè)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(fèi)在太陽電池組件的費(fèi)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(gè)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(fù)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(shí)，太陽電池發(fā)電量是最大的。在偏離正南（北半球）30度時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約10%15%；在

2、偏離正南（北半球）60時(shí)，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(shí)刻是在中午稍后，因此方陣的方位稍微向西偏一些時(shí)，在午后時(shí)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(shí)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(shí)土地的方位角、在屋頂上設(shè)置時(shí)屋頂?shù)姆轿唤?，或者是為了躲避太陽陰影時(shí)的方位角，以及布置規(guī)劃、發(fā)電效率、設(shè)計(jì)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(fù)荷的峰值時(shí)刻與發(fā)電峰值時(shí)刻一致時(shí)，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

3、中負(fù)荷的峰值時(shí)刻（24小時(shí)制）一12）x15+（經(jīng)度一116）10月9日北京的太陽電池方陣處于不同方位角時(shí)，日射量與時(shí)間推移的關(guān)系曲線。在不同的季節(jié)，各個(gè)方位的日射量峰值產(chǎn)生時(shí)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(shí)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(shí)，相應(yīng)的傾斜角也大。但是，和方位角一樣，在設(shè)計(jì)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(duì)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

4、的滑落，此外，還要進(jìn)一步考慮其它因素。對(duì)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(shí)，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5060以后，日射量急劇下降，直至到最后的垂直放置時(shí)，發(fā)電量下降到最小。方陣從垂直放置到1020。的傾斜放置都有實(shí)際的例子。對(duì)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(duì)于具體設(shè)計(jì)某一個(gè)方陣的方位角和傾斜角還應(yīng)綜合地進(jìn)一步同實(shí)際情況結(jié)合起來考慮。3.陰影對(duì)發(fā)電量的影響一般情況下，我們在計(jì)算發(fā)電量時(shí)，是

5、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(shí)，那么只有散射光用來發(fā)電，此時(shí)的發(fā)電量比無陰影的要減少約1020。針對(duì)這種情況，我們要對(duì)理論計(jì)算值進(jìn)行校正。通常，在方陣周圍有建筑物及山峰等物體時(shí)，太陽出來后，建筑物及山的周圍會(huì)存在陰影，因此在選擇敷設(shè)方陣的地方時(shí)應(yīng)盡量避開陰影。如果實(shí)在無法躲開，也應(yīng)從太陽電池的接線方法上進(jìn)行解決，使陰影對(duì)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(shí)，后面的方陣與前面的方陣之間距離接近后，前邊方陣的陰影會(huì)對(duì)后邊方陣的發(fā)電量產(chǎn)生影響。有一個(gè)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(shí)，假設(shè)陰影

6、的倍率為R，貝U：R=L2/L1=ctgAxcosB此式應(yīng)按冬至那一天進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)?，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，貝lj：方陣之間的距離a=（h1-h2）xR。當(dāng)緯度較高時(shí)，方陣之間的距離加大，相應(yīng)地設(shè)置場所的面積也會(huì)增加。對(duì)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(huì)使方陣之間的距離加大。通常在排布方陣陣列時(shí)，應(yīng)分別選取每一個(gè)方陣的構(gòu)造尺寸，將其高度調(diào)整到合適值，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(jì)，在合理確定方位角與傾斜角的同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行全面的考慮，才能使方陣達(dá)到最佳狀態(tài)。太

7、陽能發(fā)電系統(tǒng)原理光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 引言經(jīng)過光伏工作者們堅(jiān)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(gè)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(duì)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(jì)出既經(jīng)濟(jì)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。筆者在學(xué)習(xí)各專家的設(shè)計(jì)方法時(shí)發(fā)現(xiàn)，這些設(shè)計(jì)僅考慮了蓄電池的自維持時(shí)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(shí)間（即兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔

8、天數(shù)）。這個(gè)問題尤其在我國南方地區(qū)應(yīng)引起高度重視，因?yàn)槲覈戏降貐^(qū)陰雨天既長又多，而對(duì)于方便適用的獨(dú)立光伏電源系統(tǒng)，由于沒有應(yīng)急的其他電源保護(hù)備用，所以應(yīng)該將此問題納入設(shè)計(jì)中一起考慮。本文綜合以往各設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合筆者多年來實(shí)際從事光伏電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的經(jīng)驗(yàn)，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(jì)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(jì)算公式，及相關(guān)設(shè)計(jì)方法。2 影響設(shè)計(jì)的諸多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(qiáng)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

9、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(qiáng)和蓄電池電壓浮動(dòng)的影響，而這三者在一天內(nèi)都會(huì)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(fù)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，從而影響到充電的效率負(fù)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(biāo)燈、民用照明及生活用電等設(shè)備，用電量是經(jīng)常有變化

10、的。設(shè)計(jì)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(jì)的太陽能電池方陣及蓄電池電源系統(tǒng)既要講究經(jīng)濟(jì)效益，又要保證系統(tǒng)的高可靠性。某特定地點(diǎn)的太陽輻射能量數(shù)據(jù)，以氣象臺(tái)提供的資料為依據(jù)，供設(shè)計(jì)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，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

11、其補(bǔ)充好。設(shè)計(jì)者多數(shù)以氣象臺(tái)提供的太陽每天總的輻射能量或每年的日照時(shí)數(shù)的平均值作為設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)。由于一個(gè)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(fù)載的耗電情況，在日照和無日照時(shí)，均需用蓄電池供電。氣象臺(tái)提供的太陽能總輻射量或總?cè)照諘r(shí)數(shù)對(duì)決定蓄電池的容量大小是不可缺少的數(shù)據(jù)。對(duì)太陽能電池方陣而言，負(fù)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)，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(jì)太陽能電池電源系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置主

12、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(fù)載用電量的變化而變化。它的容量比負(fù)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(hù)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(hù)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(hù)蓄電池，因?yàn)槠涔逃械摹懊狻本S護(hù)特性及對(duì)環(huán)境較少污染的特點(diǎn)，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(hù)及其環(huán)境污染較大，所以主要適于有維護(hù)能力或低檔場合使用。堿性鎳鎘蓄電

13、池雖然有較好的低溫、過充、過放性能，但由于其價(jià)格較高，僅適用于較為特殊的場合。（2）蓄電池組容量的計(jì)算蓄電池的容量對(duì)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(bǔ)足；在超過用電需要的月份，是靠蓄電池將多余的電能儲(chǔ)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(fù)載用電也必須從蓄電池取得。所以，這期間的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(jì)算公式為：BC二AxQLxNLxTO/CCAh(1)式中：A為安全系數(shù)，取1.11.4之間；QL為負(fù)載日平均耗電量，為工作

14、電流乘以日工作小時(shí)數(shù)；NL為最長連續(xù)xx數(shù)；TO為溫度修正系數(shù)，一般在0C以上取1,10C以上取i.i,ioc以下取1.2；CC為蓄電池放電XX,般鉛酸蓄電池取0.75，堿性鎳鎘蓄電池取0.85。4 太陽能電池方陣設(shè)計(jì)(1)太陽能電池組件XX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(duì)蓄電池充電。如果串聯(lián)數(shù)太多使輸出電壓遠(yuǎn)高于浮充電壓時(shí)，充電電流也不會(huì)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(shí)，才能達(dá)到最佳的充電狀態(tài)。計(jì)算方法如下：Ns=UR/Uoc=（

15、UfUDUc）/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；UD為二極管壓降，一般取0.7V；UC為其它因數(shù)引起的壓降。表1我國主要xx的輻射參數(shù)表城市緯度日輻射量Ht最佳傾角op斜面日輻射量修正系數(shù)Kopxx45.6812703+3158381.1400xx43.9013572$+1171277/151.1548xx41.77 13793+1165631.0671xx39.8015261+4180351.0976xx39.1014356+5167221.0692xx40.78 16574+3200751.1468xx37.7

16、8 15061+5173941.1005xx43.78 14464+12165941.0092xx1.1360xx36.0514966+8158420.9489銀川38.4816553+2196151.1559xx34.3012781+14129520.9275xx31.+3136910.9900xx32.0013099+5142071.0249合肥31.85125+9132990.9988xx30.2311668+3123729/150.9362xx28.67 13094+2137140.8640xx26.0812001+4124510.8978xx36.68 14043+6159941.0

17、630xx34.7213332+7145581.0476xx30.6313201+7137070.9036xx28.2011377+6115890.8028xx0.8850海口20.0313835+12135100.8761xx22.8212515+5127340.8231xx30.6710392+2103040.7553xx26.5810327+8102350.8135xx25.0214194一8153330.9216拉薩29.7021301$-8241511.0964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?cái)?shù)。（2）太陽能電池組件

18、xx數(shù)Np在確定NP之前，我們先確定其相關(guān)量的計(jì)算方法。 將太陽能電池方陣安裝地點(diǎn)的太陽能日輻射量Ht,轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的平均日輻射時(shí)數(shù)H（日輻射量參見表1）：H=Htx2.778100h（3）式中：2.778/100（h?m2/kJ）為將日輻射量換算為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)（1000W/m2）下的平均日輻射時(shí)數(shù)的系數(shù)。 太陽能電池組件日發(fā)電量QpQp=IocxHxKopxCzAh（4）式中：Ioc為太陽能電池組件最佳工作電流；Kop為斜面xx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0.8。 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(jì)之獨(dú)特之處,主要考慮要在此段時(shí)間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來,需補(bǔ)充的蓄電池容量Bcb為：Bcb=AxQLxNLAh(5) 太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計(jì)算方法為：Np=(Bcb+NwxQL)/(QpxNw)(6)式(6)的表達(dá)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(fù)載使用，還需補(bǔ)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(jì)算根據(jù)