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光伏支架設(shè)計(jì)中需要考慮到的主要計(jì)算方法

時(shí)間:2019-06-29?? 作者:三維光伏支架 點(diǎn)擊: 346次
  近年來(lái)國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能行業(yè)發(fā)展迅猛,每年數(shù)GWp項(xiàng)目陸續(xù)并網(wǎng),新能源設(shè)計(jì)院、室紛紛成立,許多院校、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)也開始了太陽(yáng)能設(shè)計(jì)專項(xiàng)培訓(xùn),無(wú)數(shù)行業(yè)內(nèi)總承包企業(yè)、原先從事其他行業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)院、所也開展了很多相關(guān)項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì),各種公式使用較多,筆者整理相關(guān)設(shè)計(jì),并結(jié)合自身設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),將實(shí)際設(shè)計(jì)中較準(zhǔn)確、使用較多的公式整理并結(jié)合太陽(yáng)能設(shè)計(jì)進(jìn)行解釋。希望能夠給行業(yè)從業(yè)人員給予幫助。
  
  我們知道,太陽(yáng)能組件方陣平面是需要在大多數(shù)時(shí)候正對(duì)太陽(yáng)才能獲得最大的輻照量,從而轉(zhuǎn)換更多能量為電能,增加發(fā)電量。而太陽(yáng)有自己的固定運(yùn)行軌道,每天、每年位置并不相同, 為準(zhǔn)確設(shè)定板面朝向,獲取最大輻照量,必須精確掌握太陽(yáng)位置數(shù)據(jù),需要了解與此相關(guān)的太陽(yáng)參數(shù)及其計(jì)算方法,些參數(shù)主要有太陽(yáng)高度角、太陽(yáng)方位角,另外對(duì)于固定支架系統(tǒng)設(shè)計(jì),通常取每日太陽(yáng)在天空中軌跡的中點(diǎn)作為板面朝向,這樣可以平均獲得非直射時(shí)段(上午、下午)太陽(yáng)輻射,因此通常系統(tǒng)會(huì)選擇當(dāng)?shù)卣鐣r(shí)分太陽(yáng)位置作為板面朝向,這樣我們還需要了解晝長(zhǎng)數(shù)據(jù)。
  光伏支架設(shè)計(jì)計(jì)算
  當(dāng)然,晝長(zhǎng)數(shù)據(jù)我們需要任意年、任意天的數(shù)據(jù),太陽(yáng)高度角、方位角我們也需要任意年、月、日的任意時(shí)刻數(shù)據(jù)。
  
  1 主要計(jì)算方法
  
  1.1 太陽(yáng)赤緯角
  
  又稱太陽(yáng)赤緯,是地球赤道平面與太陽(yáng)和地球中心的連線之間的夾角(天球坐標(biāo)系中太陽(yáng)繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道為黃道。黃道面和赤道面的交角為23.5度,稱為黃赤交角,也稱為太陽(yáng)赤緯角。)。赤緯角是由于地球繞太陽(yáng)運(yùn)行造成的現(xiàn)象,它隨時(shí)間而變,因?yàn)榈剌S方向不變,所以赤緯角隨地球在運(yùn)行軌道上的不同點(diǎn)具有不同的數(shù)值。
  
  因赤緯值日變化很小,一年內(nèi)任何一天的赤緯角δ可用下式計(jì)算:
  
  sinδ=0.39795cos[0.98563(N-173)]【公式1】
  
  或δ=23.45sin[360×(284+n)/365]?!竟?】
  
  式中:N為日數(shù),自1月1日開始計(jì)算。
  
  1.2 太陽(yáng)高度角
  
  太陽(yáng)高度角簡(jiǎn)稱太陽(yáng)高度(角度),對(duì)于地球上的某個(gè)地點(diǎn),太陽(yáng)高度是指太陽(yáng)光的入射方向和地平面之間的夾角。太陽(yáng)高度是決定地球表面獲得太陽(yáng)熱能數(shù)量的最重要的因素。
  
  我們用h來(lái)表示這個(gè)角度,它在數(shù)值上等于太陽(yáng)在天球地平坐標(biāo)系中的地平高度。 太陽(yáng)高度角隨著地方時(shí)和太陽(yáng)的赤緯的變化而變化。太陽(yáng)赤緯以δ表示,觀測(cè)地地理
  
  緯度用φ表示,地方時(shí)(時(shí)角)以ω表示,有太陽(yáng)高度角的計(jì)算公式:
  
  sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ cosω【公式3】
  
  日升日落,同一地點(diǎn)一天內(nèi)太陽(yáng)高度角是不斷變化的。日出日落時(shí)角度都為零度,正午時(shí)太陽(yáng)高度角最大。
  
  正午時(shí)時(shí)角為0,以上公式可以簡(jiǎn)化為:
  
  sin H=sin φ sin δ+sin φ cos δ【公式4】
  
  其中,H表示正午太陽(yáng)高度角。
  
  由兩角和與差的三角函數(shù)公式,可得
  
  sin H=cos(φ-δ)【公式5】
  
  因此,
  
  對(duì)于北半球而言,H=90°-(φ-δ);【公式6】
  
  對(duì)于南半球而方,H=90°-(δ-φ)?!竟?】
  
  我們光伏支架板面的朝向就決定于太陽(yáng)高度角,太陽(yáng)高度角在地平線之間和天頂之間擺動(dòng),對(duì)于不同緯度地區(qū)范圍不同,因此組件支架朝向有不同范圍。
  
  1.3 太陽(yáng)方位角
  
  太陽(yáng)方位角即太陽(yáng)所在的方位,指太陽(yáng)光線在地平面上的投影與當(dāng)?shù)刈游缇€的夾角,可近似地看作是豎立在地面上的直線在陽(yáng)光下的陰影與正南方的夾角為正方向(在很多程序中是指地面點(diǎn)和太陽(yáng)的連線在水平面上的投影和正北方的夾角,正北方為零度,順時(shí)針為正方向)。方位角以正南方向?yàn)榱?,由南向東向北為負(fù),由南向西向北為正,如太陽(yáng)在正東方,方位角為-90°,在正東北方時(shí),方位為-135°,在正西方時(shí)方位角為90°,在正北方時(shí)為±180°。
  
  【公式8】
  
  式中:γs指太陽(yáng)方位角,ω指時(shí)角,δ指赤緯角,h指太陽(yáng)高度角。
  
  以上各參數(shù)僅僅為相關(guān)計(jì)算中基本的幾個(gè)數(shù)據(jù),實(shí)際在太陽(yáng)運(yùn)行以及光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用數(shù)據(jù)非常多,比如:晝長(zhǎng)、日出日落時(shí)角、天頂角、反射率、晴朗指數(shù)、直射輻射、散射輻射、漫射輻射等。
  
  1.4實(shí)際設(shè)計(jì)中上述數(shù)據(jù)選用方法
  
  很多設(shè)計(jì)人員會(huì)在選擇支架方向、傾角時(shí)選擇正南、當(dāng)?shù)鼐暥茸鳛榻茢?shù)據(jù),但是實(shí)際每個(gè)地方的輻射數(shù)據(jù)并不全是太陽(yáng)位置所決定,很多還跟當(dāng)?shù)睾0?、云量、雨季、浮沉季?jié)等氣候特點(diǎn)密切相關(guān),因此實(shí)際計(jì)算并不是當(dāng)?shù)鼐暥染鸵欢ㄊ亲罴褍A角。需要根據(jù)實(shí)際氣象資料進(jìn)行詳細(xì)測(cè)算。
  
  因此,應(yīng)當(dāng)采用當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶜庀筚Y料、經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、海拔數(shù)據(jù)、采用不同的支架傾角、方位角來(lái)進(jìn)行綜合測(cè)算,以測(cè)算得到的發(fā)電量數(shù)據(jù)為依據(jù),來(lái)選擇支架傾角、朝向。
  
  當(dāng)然這樣計(jì)算工作量非常大,無(wú)法做到快速計(jì)算,因此,很多企業(yè)、設(shè)計(jì)院都采用編制設(shè)計(jì)軟件或者在excel中設(shè)定好算法、公式,來(lái)縮減計(jì)算時(shí)間。
  
  推薦幾種比較知名的軟件,比如:PVsyst、Retscreen等,網(wǎng)上也有相關(guān)下載,大家可以去使用,但是這些軟件自身數(shù)據(jù)庫(kù)、以及算法并不見得適合實(shí)際使用情況,因此還要靠大家自身的專業(yè)知識(shí)來(lái)判斷、選擇。
  
  光伏支架模擬
  本文僅是就光伏相關(guān)的幾個(gè)太陽(yáng)參數(shù)計(jì)算提供了較準(zhǔn)確、可供設(shè)計(jì)使用的一些公式,并結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)提出了參數(shù)選擇方法,希望對(duì)廣大設(shè)計(jì)人員能有幫助。
  
  另外,以上公式僅為主要公式,實(shí)際在天文相關(guān)計(jì)算中,對(duì)于太陽(yáng)各參數(shù)的計(jì)算非常嚴(yán)謹(jǐn),通常要計(jì)算真太陽(yáng)時(shí)、儒略日、黃赤交角、太陽(yáng)平黃經(jīng)、太陽(yáng)近點(diǎn)角、真近點(diǎn)角、視黃經(jīng)、太陽(yáng)地心視赤緯等進(jìn)行計(jì)算,還要進(jìn)行修正,相當(dāng)復(fù)雜,希望有機(jī)會(huì)和大家分享。

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