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光伏支架设计中需要考虑到的主要计算方法

时间:2019-06-29?? 作者:金沙国际唯一官网网址 点击: 次
  近年来国内太阳能行业发展迅猛,每年数GWp项目陆续并网,新能源设计院、室纷纷成立,许多院校、培训机构也开始了太阳能设计专项培训,无数行业内总承包企业、原先从事其他行业设计的设计院、所也开展了很多相关项目施工图设计,各种公式使用较多,笔者整理相关设计,并结合自身设计经验,将实际设计中较准确、使用较多的公式整理并结合太阳能设计进行解释。希望能够给行业从业人员给予帮助。
  
  我们知道,太阳能组件方阵平面是需要在大多数时候正对太阳才能获得最大的辐照量,从而转换更多能量为电能,增加发电量。而太阳有自己的固定运行轨道,每天、每年位置并不相同, 为准确设定板面朝向,获取最大辐照量,必须精确掌握太阳位置数据,需要了解与此相关的太阳参数及其计算方法,些参数主要有太阳高度角、太阳方位角,另外对于固定支架系统设计,通常取每日太阳在天空中轨迹的中点作为板面朝向,这样可以平均获得非直射时段(上午、下午)太阳辐射,因此通常系统会选择当地正午时分太阳位置作为板面朝向,这样我们还需要了解昼长数据。
  光伏支架设计计算
  当然,昼长数据我们需要任意年、任意天的数据,太阳高度角、方位角我们也需要任意年、月、日的任意时刻数据。
  
  1 主要计算方法
  
  1.1 太阳赤纬角
  
  又称太阳赤纬,是地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之间的夹角(天球坐标系中太阳绕地球旋转的轨道为黄道。黄道面和赤道面的交角为23.5度,称为黄赤交角,也称为太阳赤纬角。)。赤纬角是由于地球绕太阳运行造成的现象,它随时间而变,因为地轴方向不变,所以赤纬角随地球在运行轨道上的不同点具有不同的数值。
  
  因赤纬值日变化很小,一年内任何一天的赤纬角δ可用下式计算:
  
  sinδ=0.39795cos[0.98563(N-173)]【公式1】
  
  或δ=23.45sin[360×(284+n)/365]。【公式2】
  
  式中:N为日数,自1月1日开始计算。
  
  1.2 太阳高度角
  
  太阳高度角简称太阳高度(角度),对于地球上的某个地点,太阳高度是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角。太阳高度是决定地球表面获得太阳热能数量的最重要的因素。
  
  我们用h来表示这个角度,它在数值上等于太阳在天球地平坐标系中的地平高度。 太阳高度角随着地方时和太阳的赤纬的变化而变化。太阳赤纬以δ表示,观测地地理
  
  纬度用φ表示,地方时(时角)以ω表示,有太阳高度角的计算公式:
  
  sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ cosω【公式3】
  
  日升日落,同一地点一天内太阳高度角是不断变化的。日出日落时角度都为零度,正午时太阳高度角最大。
  
  正午时时角为0,以上公式可以简化为:
  
  sin H=sin φ sin δ+sin φ cos δ【公式4】
  
  其中,H表示正午太阳高度角。
  
  由两角和与差的三角函数公式,可得
  
  sin H=cos(φ-δ)【公式5】
  
  因此,
  
  对于北半球而言,H=90°-(φ-δ);【公式6】
  
  对于南半球而方,H=90°-(δ-φ)。【公式7】
  
  我们光伏支架板面的朝向就决定于太阳高度角,太阳高度角在地平线之间和天顶之间摆动,对于不同纬度地区范围不同,因此组件支架朝向有不同范围。
  
  1.3 太阳方位角
  
  太阳方位角即太阳所在的方位,指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角,可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角为正方向(在很多程序中是指地面点和太阳的连线在水平面上的投影和正北方的夹角,正北方为零度,顺时针为正方向)。方位角以正南方向为零,由南向东向北为负,由南向西向北为正,如太阳在正东方,方位角为-90°,在正东北方时,方位为-135°,在正西方时方位角为90°,在正北方时为±180°。
  
  【公式8】
  
  式中:γs指太阳方位角,ω指时角,δ指赤纬角,h指太阳高度角。
  
  以上各参数仅仅为相关计算中基本的几个数据,实际在太阳运行以及光伏系统设计中使用数据非常多,比如:昼长、日出日落时角、天顶角、反射率、晴朗指数、直射辐射、散射辐射、漫射辐射等。
  
  1.4实际设计中上述数据选用方法
  
  很多设计人员会在选择支架方向、倾角时选择正南、当地纬度作为近似数据,但是实际每个地方的辐射数据并不全是太阳位置所决定,很多还跟当地海拔、云量、雨季、浮沉季节等气候特点密切相关,因此实际计算并不是当地纬度就一定是最佳倾角。需要根据实际气象资料进行详细测算。
  
  因此,应当采用当地多年平均气象资料、经纬度数据、海拔数据、采用不同的支架倾角、方位角来进行综合测算,以测算得到的发电量数据为依据,来选择支架倾角、朝向。
  
  当然这样计算工作量非常大,无法做到快速计算,因此,很多企业、设计院都采用编制设计软件或者在excel中设定好算法、公式,来缩减计算时间。
  
  推荐几种比较知名的软件,比如:PVsyst、Retscreen等,网上也有相关下载,大家可以去使用,但是这些软件自身数据库、以及算法并不见得适合实际使用情况,因此还要靠大家自身的专业知识来判断、选择。
  
  光伏支架模拟
  本文仅是就光伏相关的几个太阳参数计算提供了较准确、可供设计使用的一些公式,并结合实际设计提出了参数选择方法,希望对广大设计人员能有帮助。
  
  另外,以上公式仅为主要公式,实际在天文相关计算中,对于太阳各参数的计算非常严谨,通常要计算真太阳时、儒略日、黄赤交角、太阳平黄经、太阳近点角、真近点角、视黄经、太阳地心视赤纬等进行计算,还要进行修正,相当复杂,希望有机会和大家分享。

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