Den blomstrande utvecklingen av den inhemska solcellsindustrin har lett till en betydande ökning av omfattningen och kvantiteten av solcellskraftverk. Industrins kontinuerliga utveckling och mognad har också ställt högre krav på kraftverksdesign. Den tidigare omfattande designen klarar inte längre dagens utvecklingsbehov. Den raffinerade designen av solcellskraftverk kräver varje detalj för att förbättra kraftverkets systemeffektivitet för att vinna erkännande av ägare och investerare.
Under konstruktions- och installationsprocessen av solcellskraftverk har olika solcellstekniker och systemdesigner olika krav på lutningsvinkel och orientering. För att säkerställa bästa effektgenereringseffekt hänvisas ofta till den "optimala lutningsvinkeln". Vad är den optimala lutningsvinkeln?
Vinkeln mellan ytan på solcellsmodulen och marknivån kallas lutningsvinkeln. Jorden kretsar runt solen, och inom en varvperiod rör sig punkten för direkt solljus på jorden fram och tillbaka mellan Kräftans vändkrets och Stenbockens vändkrets. Så den totala mängden strålning som tas emot av solcellsmodulernas ytplan varierar under olika lutningsvinklar. När vi designar kraftverk hänvisar vi i allmänhet till historiska data för kumulativ strålning vid olika lutningsvinklar under året och väljer vinkeln med högst strålning som optimal lutningsvinkeldesign.
Enligt "Design Code for Photovoltaic Power Stations" GB 50797-2012 definieras den optimala lutningsvinkeln som den maximala årliga totala strålningen. Om det fasta fotovoltaiska systemet tar emot den maximala årliga totala strålningen på den lutande ytan vid denna lutningsvinkel, kallas lutningsvinkeln den optimala lutningsvinkeln (snarare än den högsta årliga kraftgenereringen); Men i vissa scenarier kan den optimala lutningsvinkeln också vara lutningsvinkeln som motsvarar den högsta årliga kraftgenereringen, lutningsvinkeln som motsvarar det högsta utbytet, lutningsvinkeln som motsvarar den högsta månatliga kraftgenereringen och andra optimala lutningsvinklar som beräknas under olika begränsningsförhållanden. Denna artikel diskuterar främst lutningsvinkeln med den högsta årliga totala strålningen.
Varför behöver vi den optimala lutningsvinkeln?
Den optimala lutningsvinkeln är i första hand utformad för att ta emot mer solstrålning. För en lutad solcellspanel kommer solens olika infallsvinklar på den att resultera i olika mängder normal solstrålning som tas emot per ytenhet. Ju större infallsvinkeln är (vinkeln vinkelrät mot normalen för solcellspanelen), desto mindre normal solstrålning tas emot (för samma strålning). Förändringen i solcellspanelens lutningsvinkel kommer att orsaka en förändring av solens infallsvinkel och därigenom påverka dess strålningsmottagning. Därför är det nödvändigt att erhålla den optimala lutningsvinkeln baserat på den årliga strålningsmottagningen genom teoretiska beräkningar.
Schematiskt diagram av komponent som tar emot solstrålning
I processen att designa den optimala lutningsvinkeln i praktiken är det också nödvändigt att överväga faktorer som den geografiska och naturliga miljön på projektets byggarbetsplats. Inverkan av lutningsvinkel på snöglidning; Effekten av ändringar i lutningsvinkeln på komponenternas vindtryck och snötrycksmotstånd; Samtidigt är det nödvändigt att överväga effekterna av dessa faktorer på valet av solcellskonsolmaterial och fundamentvikt, samt förändringar i avståndet mellan främre och bakre raden orsakade av alltför höga vinklar, vilket ökar markkostnaderna.
Hur beräknar man den optimala lutningsvinkeln?
Beräkningen av den optimala lutningsvinkeln kräver lokal latitud och longitud för att bestämma solens höjd och azimut vid varje ögonblick, och årsgenomsnittlig strålningsdata över många år för att bestämma egenskaperna hos lokal solstrålning. Baserat på strålningsdata och latitud- och longitudberäkningar ackumuleras den årliga totala strålningsmottagningen av solcellspaneler med olika lutningsvinklar och lutningsvinkeln med den högsta årliga totala strålningen väljs som optimal lutningsvinkel. Generellt kan programvara som PVsyst användas för att bekvämt och snabbt beräkna den optimala lutningsvinkeln.
Det är tillrådligt att använda en enda variabel jämförelse för att jämföra effekten av olika lutningsvinklar på kraftgenereringen. Men generellt sett är lutningsvinkeln för samma kraftverkskomponent samma vinkel och orientering, och det finns många påverkande faktorer när man jämför kraftverk i olika regioner. Därför anses det att använda mjukvara för PV-systemdesign för att demonstrera det. Meteorologiska data för dess programvara kommer från NASA och Meteonorms meteorologiska databaser, och genom faktiska beräkningar är dess noggrannhetsgrad så hög som 99 %, vilket är referensbart.
Vilka är de viktigaste faktorerna som påverkar:
Latitud och säsong:Bestäm lutningen och orienteringen baserat på platsens latitud och årstidsförändringar, så att solcellsmodulerna kan ta emot solstrålning i största möjliga utsträckning. Generellt sett, på norra halvklotet, kan lutningsvinkeln ställas in som latitudvinkeln minus 10 till 15 grader, och orienteringen kan ställas in som rakt söderut.
Solhöjdsvinkel:Solhöjdsvinkeln hänvisar till solens höjd på himlen, som varierar med tid och årstid. Genom att studera förändringarna i solhöjdsvinkeln, välja lutning och orientering, kan solcellsmoduler ta emot solstrålning i maximal utsträckning vid olika tidsperioder.
Skuggocklusion:Skuggocklusion kan minska energigenereringseffektiviteten för solcellsmoduler. När du väljer lutning och orientering är det nödvändigt att överväga skuggningen som orsakas av byggnader, träd eller andra föremål. Undvik eller minimera skugghinder för att förbättra energigenereringseffektiviteten för solcellsanläggningar.
Temperatureffekt:Höga temperaturer kan leda till en minskning av effektiviteten hos solcellsmoduler. Lämplig lutning och orientering kan hjälpa till att avleda värme från komponenter och minska effekten av temperatureffekter på kraftgenereringseffektiviteten.
Markutnyttjande:När du väljer lutning och orientering, överväg markanvändningen av solcellskraftverket. Bestäm lämplig lutning och orientering baserat på tillgänglig mark eller byggnadsyta för att uppnå maximal kraftgenereringseffektivitet.
Optimera lutningsvinkeln och orienteringen av solcellsmoduler för att förbättra energigenereringseffektiviteten för solcellssystem.
Optimering av lutningsvinkel:
Säsongsanpassning:Justera lutningsvinkeln för solcellsmoduler enligt säsongsförändringarna på platsen. På vintern kan en lämplig höjning av lutningsvinkeln öka kontaktytan mellan solcellspanelen och direkt solljus och förbättra kraftgenereringseffektiviteten på vintern; På sommaren reduceras lutningsvinkeln för att minimera den potentiella överhettning av solcellspaneler orsakad av direkt solljus vid höga temperaturer.
Latitudjustering:Bestäm den optimala lutningsvinkeln baserat på platsens latitud. Generellt sett är att subtrahera cirka 15 grader från latitudvinkeln en rimlig lutningsinställning som tillåter solcellsmoduler att ta emot maximal solstrålningsenergi.
Mot optimering:
Sydlig orientering:På norra halvklotet är solcellsmodulerna orienterade mot söder för att maximera mottagningen av solstrålning. Orientering söderut säkerställer att solcellsmoduler får maximal exponering för solljus under större delen av tiden.
East West Orientation:I vissa situationer där det är nödvändigt att balansera elproduktionen på morgonen och eftermiddagen är solcellsmodulerna orienterade i båda riktningarna, vilket ökar elproduktionen genom den sneda solen på morgonen och kvällen.
Spårningssystem:Använd ett spårningssystem för att automatiskt justera orienteringen av solcellsmoduler efter solens rörelser, vilket maximerar mottagningen av solstrålning. Spårningssystem delas vanligtvis in i två typer: enkelaxlig spårning och dubbelaxlig spårning. Dubbelaxlig spårning kan mer exakt följa solens rörelse, men kostnaden är högre.
Skugganalys och optimering:
Undvik skuggor:Undvik att solcellsmodulerna blockeras av skuggorna från omgivande byggnader, träd och andra föremål, och se till att solcellsmodulerna fullt ut kan ta emot solljus hela dagen.
Trimma träd regelbundet:Trimma omgivande träd regelbundet för att minska deras skuggpåverkan på solcellsmoduler.
Skugganalys och optimeringstekniker är avgörande vid design och drift av solcellsanläggningar.
Är den optimala lutningsvinkeln fast och oföränderlig? Är det säkert att solcellsanläggningar kommer att ha högst intäkter vid optimal lutningsvinkel?
Den optimala lutningsvinkeln innebär hög strålningsmottagning, men det innebär också ett relativt stort fotavtryck. Till exempel, på ett begränsat platsområde, när den optimala lutningsvinkeln minskar, kommer den installerade kapaciteten att fortsätta att öka. Att sänka lutningsvinkeln kommer att minska kraftgenereringen, medan en ökning av den installerade kapaciteten kommer att öka kraftgenereringen. Därför behövs ytterligare tekniska och ekonomiska jämförelser baserade på externa förhållanden för att avgöra vilken lutningsvinkel som i slutändan ger högst avkastning. Installationsvinkeln för ett allmänt platt cementtak rekommenderas att vara större än 10 grader, vilket är fördelaktigt för självrengöring av regnvattenkomponenter.
Den optimala lutningsvinkeln för kraftgenerering är inte fast, i själva verket är den nära relaterad till arrayavståndet. Ju större arrayavståndet är, desto närmare värdet för den optimala kraftgenereringslutningsvinkeln är den optimala strålningslutningsvinkeln. I teorin, om avståndet är tillräckligt stort för att vara obehindrat under hela året, är värdena för de två desamma.
På grund av klimatets osäkerhet kan den optimala lutningsvinkeln endast hänvisas till som den relativa optimala lutningsvinkeln baserat på historiska data. För det första varierar den optimala lutningsvinkeln beroende på historiska strålningsdata. Det finns vissa skillnader mellan den optimala lutningsvinkeln beräknad med 5-årshistoriska data och 10-årshistoriska data; För det andra representerar historiska medeldata en hög sannolikhet för lokala strålningsegenskaper, men för ett givet år är det inte nödvändigtvis det optimala valet.
Sammanfattning:
(1) Den optimala lutningsvinkeln är relaterad till den lokala geografiska latituden. När den geografiska latituden gradvis ökar mot jordens poler med ekvatorn som referenspunkt, ökar också den motsvarande optimala lutningsvinkeln gradvis.
(2) När lutningsvinkeln ökar från horisontell (0 grad) till den optimala lutningsvinkeln, ökar mängden strålning som tas emot av ytan i enlighet med detta, och den maximala mängden strålning tas emot när den optimala lutningsvinkeln uppnås ; När lutningsvinkeln fortsätter att öka, börjar mängden strålning som tas emot av dess yta att minska igen, vilket motsvarar en gradvis minskning av kraftgenereringen.
(3) Strålningens inverkan på kraftgenereringen är relativt liten när lutningsvinkeln är inom ± 5 grader från den optimala lutningsvinkeln.
(4) Huruvida den optimala lutningsvinkeln ska utformas måste utvärderas omfattande baserat på installationsplatsens förhållanden och planens ekonomiska genomförbarhet, och bör inte vara blint utformad.
(5) Genom att optimera avståndet och lutningsvinkeln kan kraftverkets ekonomi och kraftgenerering förbättras avsevärt.