太阳能板的安装角度计算方式.docx

太阳能板的安装角度计算方式时间：2021.03.07创作：欧阳德由于太阳能是一种清洁的能源，它的应用正在世界范 围内快速地增长利用太阳光发电就是一种使用太阳 能的方式，可是目前建设一个太阳能发电系统的成本 还是较高的，从我国现阶段的太阳能发电成本来看， 其花费在太阳电池组件的费用大约为 60〜70%，因 此，为了更加充分有效地利用太阳能，如何选取太阳 电池方阵的方位角与倾斜角是一个十分重要的问题1. 方 位 角 太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的 夹角（向东偏设定为 负角 度， 向西偏设定 为 正角 度）一般情况下，方阵朝向正南（即方阵垂直面与 正南的夹角为 0°）时，太阳电池发电量是最大的在 偏离正南（北半球）30°度时，方阵的发电量将减少 约 10%〜15%；在偏离正南（北半球）60°时，方阵 的发电量将减少约 20%〜30%但是，在晴朗的夏 天，太阳辐射能量的最大时刻是在中午稍后，因此方 阵的方位稍微向西偏一些时，在午后时刻可获得最大 发电功率在不同的季节，太阳电池方阵的方位稍微 向东或西一些都有获得发电量最大的时候方阵设置场所受到许多条件的制约，例如，在地面上设置时土地的方位角、在屋顶上设置时屋顶的方位角，或者是为了躲避太阳阴影时的方位角，以及布置规划、发电效率、设计规划、建设目的等许多因素都有关系。

如果要将方位角调整到在一天中负荷的峰值时刻与发电峰值时刻一致时，请参考下述的公式至于并网发电 的场合，希望综合考虑以上各方面的情况来选定方位 角方位角二（一天中负荷的峰值时刻（24小时制）-12）x15+（经度-116） 10月9日北京的太阳电池方阵处于不同方位角时，日射量与时间推移的关系 曲线在不同的季节，各个方位的日射量峰值产生时 刻 是 不 一 样 的 2. 倾 斜 角倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角，并希 望此夹角是方阵一年中发电量为最大时的最佳倾斜角 度一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关，当 纬度较高时，相应的倾斜角也大但是，和方位角一 样，在设计中也要考虑到屋顶的倾斜角及积雪滑落的 倾斜角（斜率大于 50％-60％）等方面的限制条件对 于积雪滑落的倾斜角，即使在积雪期发电量少而年总 发电量也存在增加的情况，因此，特别是在并网发电 的系统中，并不一定优先考虑积雪的滑落，此外，还 要进一步考虑其它因素对于正南（方位角为 0° 度），倾斜角从水平（倾斜角为 0°度）开始逐渐向最 佳的倾斜角过渡时，其日射量不断增加直到最大值， 然后再增加倾斜角其日射量不断减少特别是在倾斜 角大于50。

〜60以后，日射量急剧下降，直至到最 后的垂直放置时，发电量下降到最小方阵从垂直放 置到 10的倾斜放置都有实际的例子对于方 位角不为0 度的情况，斜面日射量的值普遍偏低，最 大日射量的值是在与水平面接近的倾斜角度附近以 上所述为方位角、倾斜角与发电量之间的关系，对于 具体设计某一个方阵的方位角和倾斜角还应综合地进 一步同实际情况结合起来考虑3. 阴影对发电量的影响一般情况下，我们在计算发电 量时，是在方阵面完全没有阴影的前提下得到的因 此，如果太阳电池不能被日光直接照到时，那么只有 散射光用来发电，此时的发电量比无阴影的要减少约 10％〜20％针对这种情况，我们要对理论计算值进 行校正通常，在方阵周围有建筑物及山峰等物体 时，太阳出来后，建筑物及山的周围会存在阴影，因 此在选择敷设方阵的地方时应尽量避开阴影如果实 在无法躲开，也应从太阳电池的接线方法上进行解 决，使阴影对发电量的影响降低到最低程度另外， 如果方阵是前后放置时，后面的方阵与前面的方阵之 间距离接近后，前边方阵的阴影会对后边方阵的发电 量产生影响有一个高为 L1 的竹竿，其南北方向的阴 影长度为L2,太阳高度（仰角）为A,在方位角为B 时 ， 假 设 阴 影 的 倍 率 为 R ， 则 ：R 二 L2/L1 二 ctgAxcosB此式应按冬至那一天进行计算， 因为，那一天的阴影最长。

例如方阵的上边缘的高度 为hl ,下边缘的高度为h2,贝IJ:方阵之间的距离a 二（h1-h2）xR当纬度较高时，方阵之间的距离加 大，相应地设置场所的面积也会增加对于有防积雪 措施的方阵来说，其倾斜角度大，因此使方阵的高度 增大，为避免阴影的影响，相应地也会使方阵之间的 距离加大通常在排布方阵阵列时，应分别选取每一 个方阵的构造尺寸，将其高度调整到合适值，从而利 用其高度差使方阵之间的距离调整到最小具体的太 阳电池方阵设计，在合理确定方位角与倾斜角的同 时，还应进行全面的考虑，才能使方阵达到最佳状态太阳能发电系统原理光伏系统设计光伏系统设计1引言经过光伏工作者们坚持不懈的努力，太阳能电池的生产技术不断得到提高，并且日益广泛地应用于各 个领域特别是邮电通信方面，由于近年来通信行业 的迅猛发展，对通信电源的要求也越来越高，所以稳 定可靠的太阳能电源被广泛使用于通信领域而如何 根据各地区太阳能辐射条件，来设计出既经济而又可 靠的光伏电源系统，这是众多专家学者研究已久的课 题，而且已有许多卓越的研究成果，为我国光伏事业 的发展奠定了坚实的基础笔者在学习各专家的设计 方法时发现，这些设计仅考虑了蓄电池的自维持时间 （即最长连续阴雨天），而没有考虑到亏电后的蓄电 池最短恢复时间（即两组最长连续阴雨天之间的最短 间隔天数）。

这个问题尤其在我国南方地区应引起高 度重视，因为我国南方地区阴雨天既长又多，而对于 方便适用的独立光伏电源系统，由于没有应急的其他 电源保护备用，所以应该将此问题纳入设计中一起考本文综合以往各设计方法的优点，结合笔者多年来实际从事光伏电源系统设计工作的经验，引入两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数作为设计的依据 之一，并综合考虑了各种影响太阳能辐射条件的因 素，提出了太阳能电池、蓄电池容量的计算公式，及 相关设计方法2 影 响 设 计 的 诸 多 因 素 太阳照在地面太阳能电池方阵上的辐射光的光 谱、光强受到大气层厚度（即大气质量）、地理位 置、所在地的气候和气象、地形地物等的影响，其能 量在一日、一月和一年内都有很大的变化，甚至各年 之间的每年总辐射量也有较大的差别太阳能电池方阵的光电转换效率，受到电池本身 的温度、太阳光强和蓄电池电压浮动的影响，而这三 者在一天内都会发生变化，所以太阳能电池方阵的光 电转换效率也是变量蓄电池组也是工作在浮充电状态下的，其电压随 方阵发电量和负载用电量的变化而变化蓄电池提供 的能量还受环境温度的影响太阳能电池充放电控制器由电子元器件制造而成，它本身也需要耗能，而使用的元器件的性能、质 量等也关系到耗能的大小，从而影响到充电的效率 等。

负载的用电情况，也视用途而定，如通信中继 站、无人气象站等，有固定的设备耗电量而有些设 备如灯塔、航标灯、民用照明及生活用电等设备，用 电量是经常有变化的设计者的任务是：在太阳能电池方阵所处的环境 条件下（即现场的地理位置、太阳辐射能、气候、气 象、地形和地物等），设计的太阳能电池方阵及蓄电 池电源系统既要讲究经济效益，又要保证系统的高可 靠性某特定地点的太阳辐射能量数据，以气象台提供 的资料为依据，供设计太阳能电池方阵用这些气象 数据需取积累几年甚至几十年的平均值地球上各地区受太阳光照射及辐射能变化的周期 为一天24h处在某一地区的太阳能电池方阵的发电 量也有 24h 的周期性的变化，其规律与太阳照在该地 区辐射的变化规律相同但是天气的变化将影响方阵 的发电量如果有几天连续阴雨天，方阵就几乎不能 发电，只能靠蓄电池来供电，而蓄电池深度放电后又需尽快地将其补充好设计者多数以气象台提供的太阳每天总的辐射能量或每年的日照时数的平均值作为设计的主要数据由于一个地区各年的数据不相同，为可靠起见应取近十年内的最小数据根据负载的耗电情况，在日照和无日照时，均需用蓄电池供电气象台提供的太阳能总辐射量或总日照时数对决定蓄电 池的容量大小是不可缺少的数据。

对太阳能电池方阵而言，负载应包括系统中所有耗电装置（除用电器外还有蓄电池及线路、控制器 等）的耗量方阵的输出功率与组件串并联的数量有关，串联是为了获得所需要的工作电压，并联是为了获得所需要的工作电流，适当数量的组件经过串并联即组成所 需要的太阳能电池方阵3 蓄 电 池 组 容 量 设 计 太阳能电池电源系统的储能装置主要是蓄电池与太阳能电池方阵配套的蓄电池通常工作在浮充状态 下，其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变 化它的容量比负载所需的电量大得多蓄电池提供 的能量还受环境温度的影响为了与太阳能电池匹 配，要求蓄电池工作寿命长且维护简单1）蓄电池的选用能够和太阳能电池配套使用的蓄电池种类很多， 目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电 池和碱性镍镉蓄电池三种国内目前主要使用铅酸免 维护蓄电池，因为其固有的“免”维护特性及对环境 较少污染的特点，很适合用于性能可靠的太阳能电源 系统，特别是无人值守的工作站普通铅酸蓄电池由 于需要经常维护及其环境污染较大，所以主要适于有 维护能力或低档场合使用碱性镍镉蓄电池虽然有较 好的低温、过充、过放性能，但由于其价格较高，仅 适用于较为特殊的场合。

2）蓄电池组容量的计算蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的在一 年内，方阵发电量各月份有很大差别方阵的发电量 在不能满足用电需要的月份，要靠蓄电池的电能给以 补足；在超过用电需要的月份，是靠蓄电池将多余的 电能储存起来所以方阵发电量的不足和过剩值，是 确定蓄电池容量的依据之一同样，连续阴雨天期间 的负载用电也必须从蓄电池取得所以，这期间的耗 电量也是确定蓄电池容量的因素之一 因此，蓄电 池的容量 BC 计 算公 式为：BC二AxQLxNLxTO / CCAh⑴式中：A为安全系数，取1.1〜1.4之间；QL 为负载日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时 数； NL 为 最 长 连 续 阴 雨 天 数 ； TO为温度修正系数，一般在0°C以上取1,-10°C以 上取 1.1 , - 10 C以下取 1.2 ;CC 为蓄电池放电深度，一般铅酸蓄电池取 0.75，碱 性 镍 镉 蓄 电 池 取 0.85 4 太 阳 能 电 池 方 阵 设 计（ 1 ） 太 阳 能 电 池 组 件 串 联 数 Ns 将太阳能电池组件按一定数目串联起来，就可获得所 需要的工作电压，但是，太阳能电池组件的串联数必 须适当。

串联数太少，串联电压低于蓄电池浮充电 压，方阵就不能对蓄电池充电如果串联数太多使输 出电压远高于浮充电压时，充电电流也不会有明显的 增加因此，只有当太阳能电池组件的串联电压等于 合适的浮充电压时， 才能 达到最佳的充电 状 态 计 算 方 法 如 下 ： Ns=UR/Uoc= （ Uf ＋ UD ＋ Uc ） /Uoc （ 2 ） 式 中 ： UR 为 太阳能电池方阵输出最小电压；Uoc 为 太 阳 能 电 池 组 件 的 最 佳 工 作 电 压 ；Uf为蓄电池浮充电压；UD为二极管压降，一般取0.7V ；UC为其它因数引起的压降表1我国主要城市的辐射参数表城市纬度①日辐射量Ht最佳倾角①op 斜面日 辐 射 量修 正 系 数 Kop哈尔滨45.6812703① +3158381.1400长春43.90 13572。