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太阳能阵列倾角计算方法的讨论和介绍

2013-10-8 17:42| 发布者: echo| 查看: 7369| 评论: 0|来自: 张帅杰

摘要: 在光伏阵列设计和安装中,许多参数需要根据安装地点以及周围环境进行特殊计算和分析。太阳能阵列倾斜角度设计就是其中重要的一环。合理的设计和安装可以提高系统产能10%左右,对于一些地理位置特殊的项目,相较于较 ...
       在光伏阵列设计和安装中,许多参数需要根据安装地点以及周围环境进行特殊计算和分析。太阳能阵列倾斜角度设计就是其中重要的一环。合理的设计和安装可以提高系统产能10%左右,对于一些地理位置特殊的项目,相较于较差的设计,增产更可能高达20%。据我所知,大多数业内设计师和安装师默认的方法是“阵列最佳倾角”等于“所在地的纬度角”。这篇文章将会讨论和证明这种方法的缺陷,同时介绍我个人认为更为优化和准确的测算方法。相信不少同仁在希望知道老方法的不足之前,可能更感兴趣了解这个“倾角等于纬度角”结论是怎么得出的吧。其实这并非是一个经验论,而是基于太阳行径以及方位在特殊的日期下计算出来的一个等式。

       想要在地球上定位一个地点,知道经纬度是必要的.经度(Longitude)λ和纬度(Latitude) Ø相当于我们平面几何中的Y轴和X轴,不过他们一个以本初子午线(the Prime Meridian)为基准,一个以赤道(Equator)为基准,其坐标交点就是我们需要查找的地点。比如北京的坐标就是39.9N°,116.4°E,意思就是北京在赤道以北39.9度,格林威治线以东116.4度。经纬度和方位角(Azimuth)是完全的两个概念,但是这两个角度对于光伏阵列的倾角和朝向,有着至关重要的影响,后文也会有所介绍。
QQ截图20131008165631
图一:经纬度示意图

图一的Ø角度就是该地点相对于地心的纬度角,而λ则是该地点相对于格林威治线的经度角。
QQ截图20131008165748
图二:方位角示意图

       如果说经纬角度是定位角的话,方位角更像一个指向角。在世界地图中,“上北下南,左西右东”其实就是对方位角的通俗表达。如图二所示,方位角(Azimuth)其实就是朝向相对于正北的偏角。通常方位角有两种定义范围,分别是0至360度和180至-180度。澳大利亚采用的正北是0度,然后顺时针90度为正东,180度为正南,270度为正西。需要注意的是这里的正方向都是指的地理的正方向,而平时拿指南针或者大部分手机APP测出来的是地球磁场的北极,是有一个偏角的,由于是不规则变化,所以没有办法固定这个偏角度。专业的光伏测量仪器,比如英国的SEAWARD或美国的Solmetric生产的自带内置GPS的测量工具,是可以准确测出地理北极的。当然设计师也可以登录网上卫星地图,用直尺或量角器在误差允许的范围内进行估测。
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