Den blomstrende utviklingen av den innenlandske fotovoltaiske industrien har ført til en betydelig økning i omfanget og kvantiteten av solcellekraftverk. Den kontinuerlige utviklingen og modenheten i industrien har også stilt høyere krav til kraftverksdesign. Det tidligere omfattende designet kan ikke lenger møte dagens utviklingsbehov. Den raffinerte utformingen av solcellekraftverk krever hver eneste detalj for å forbedre systemeffektiviteten til kraftverket for å vinne anerkjennelse fra eiere og investorer.
Under konstruksjons- og installasjonsprosessen av solcellekraftverk har ulike solcelleteknologier og systemdesign ulike krav til tiltvinkel og orientering. For å sikre den beste kraftgenereringseffekten omtales ofte "optimal tilt-vinkel". Hva er den optimale tiltvinkelen?
Vinkelen mellom overflaten av solcellemodulen og bakkenivået kalles helningsvinkelen. Jorden kretser rundt solen, og i løpet av én omdreiningsperiode beveger punktet for direkte sollys på jorden seg frem og tilbake mellom Krepsens vendekrets og Steinbukkens vendekrets. Så den totale mengden stråling som mottas av overflateplanet til fotovoltaiske moduler varierer under forskjellige tiltvinkler. Ved utforming av kraftverk refererer vi generelt til historiske data for kumulativ stråling ved forskjellige tiltvinkler gjennom året og velger vinkelen med høyest stråling som optimal tiltvinkeldesign.
I henhold til "Design Code for Photovoltaic Power Stations" GB 50797-2012, er den optimale helningsvinkelen definert som den maksimale årlige totale strålingen. Hvis den faste fotovoltaiske serien mottar den maksimale årlige totale strålingen på den skrånende overflaten ved denne tiltvinkelen, kalles tiltvinkelen den optimale tiltvinkelen (i stedet for den høyeste årlige kraftproduksjonen); I noen scenarier kan imidlertid den optimale vippevinkelen også være vippevinkelen som tilsvarer den høyeste årlige kraftproduksjonen, vippevinkelen som tilsvarer høyeste utbytte, vippevinkelen som tilsvarer den høyeste månedlige kraftproduksjonen, og andre beregnede optimale vippevinkler under ulike begrensningsforhold. Denne artikkelen diskuterer hovedsakelig helningsvinkelen med den høyeste årlige totale strålingen.
Hvorfor trenger vi den optimale vippevinkelen?
Den optimale tiltvinkelen er designet primært for å motta mer solstråling. For en skråstilt solcellepanel vil de forskjellige innfallsvinklene til solen på den resultere i forskjellige mengder normal solstråling mottatt per arealenhet. Jo større innfallsvinkelen er (vinkelen vinkelrett på normalen til det fotovoltaiske systemet), jo mindre normal solstråling mottas (for samme strålingsinngang). Endringen i helningsvinkelen til solcellepanelet vil forårsake en endring i innfallsvinkelen til solen, og dermed påvirke dens strålingsmottak. Derfor er det nødvendig å oppnå den optimale helningsvinkelen basert på det årlige strålingsmottaket gjennom teoretiske beregninger.
Skjematisk diagram av komponent som mottar solstråling
I prosessen med å designe den optimale helningsvinkelen i praksis, er det også nødvendig å ta hensyn til faktorer som det geografiske og naturlige miljøet til prosjektets byggeplass. Virkningen av tiltvinkel på snøglidning; Virkningen av endringer i tiltvinkel på vindtrykket og snøtrykkmotstanden til komponenter; Samtidig er det nødvendig å vurdere innvirkningen av disse faktorene på valg av fotovoltaiske brakettmaterialer og fundamentvekting, samt endringer i avstanden mellom fremre og bakre rad forårsaket av for høye vinkler, noe som øker arealkostnadene.
Hvordan beregne den optimale tiltvinkelen?
Beregningen av den optimale helningsvinkelen krever at den lokale bredde- og lengdegraden bestemmer solens høyde og asimut i hvert øyeblikk, og årlig gjennomsnittlig strålingsdata over mange år for å bestemme egenskapene til lokal solstråling. Basert på strålingsdata og bredde- og lengdegradsberegninger akkumuleres det årlige totale strålingsmottaket til solcellepaneler med ulike tiltvinkler, og tiltvinkelen med høyest årlig totalstråling velges som optimal tiltvinkel. Generelt kan programvare som PVsyst brukes til å enkelt og raskt beregne den optimale tiltvinkelen.
Det er tilrådelig å bruke en enkelt variabel sammenligning for å sammenligne virkningen av forskjellige tiltvinkler på kraftproduksjonen. Men generelt er helningsvinkelen til samme kraftstasjonskomponent samme vinkel og orientering, og det er mange påvirkningsfaktorer når man sammenligner kraftstasjoner i ulike regioner. Derfor vurderes det å bruke programvare for PV-systemdesign for å demonstrere det. De meteorologiske dataene til programvaren kommer fra meteorologiske databaser fra NASA og Meteonorm, og gjennom faktiske beregninger er nøyaktighetsgraden så høy som 99 %, som kan refereres til.
Hva er hovedfaktorene som påvirker:
Breddegrad og sesong:Bestem helningen og orienteringen basert på plasseringens breddegrad og sesongmessige endringer, slik at solcellemodulene kan motta solstråling i størst mulig grad. Generelt sett, på den nordlige halvkule, kan helningsvinkelen settes som breddegradsvinkelen minus 10 til 15 grader, og orienteringen kan settes som rett sør.
Solar høydevinkel:Solens høydevinkel refererer til solens høyde på himmelen, som varierer med tid og årstider. Ved å studere endringene i solhøydevinkelen, velge helning og orientering, kan fotovoltaiske moduler motta solstråling i maksimal grad i forskjellige tidsperioder.
Skyggeokklusjon:Skyggeokklusjon kan redusere kraftgenereringseffektiviteten til solcellemoduler. Når du velger helling og orientering, er det nødvendig å vurdere skyggen forårsaket av bygninger, trær eller andre gjenstander. Unngå eller minimer skyggehindringer for å forbedre kraftproduksjonseffektiviteten til solcellekraftverk.
Temperatureffekt:Høye temperaturer kan føre til en reduksjon i effektiviteten til solcellemoduler. Riktig helning og orientering kan bidra til å spre varme fra komponenter og redusere effekten av temperatureffekter på kraftproduksjonseffektiviteten.
Grunnutnyttelse:Når du velger helning og orientering, må du vurdere grunnutnyttelsen til solcellekraftverket. Bestem passende helling og orientering basert på tilgjengelig land eller bygningsareal for å oppnå maksimal kraftproduksjonseffektivitet.
Optimaliser tiltvinkelen og orienteringen til fotovoltaiske moduler for å forbedre kraftgenereringseffektiviteten til fotovoltaiske systemer.
Optimalisering av tiltvinkel:
Sesongjustering:Juster tiltvinkelen til solcellemoduler i henhold til sesongmessige endringer på stedet. Om vinteren kan en passende tiltvinkel øke kontaktområdet mellom solcellepanelet og direkte sollys, og forbedre kraftproduksjonseffektiviteten om vinteren; Om sommeren reduseres tiltvinkelen for å minimere potensiell overoppheting av solcellepaneler forårsaket av direkte sollys under høye temperaturer.
Breddegradsjustering:Bestem den optimale helningsvinkelen basert på plasseringens breddegrad. Generelt sett er å trekke fra omtrent 15 grader fra breddegradsvinkelen en rimelig helningsinnstilling som lar solcellemoduler motta maksimal solstrålingsenergi.
Mot optimering:
Sør-orientering:På den nordlige halvkule er solcellemodulene orientert mot sør for å maksimere mottaket av solstråling. Sør-orientering sikrer at solcellemoduler får maksimal eksponering for sollys mesteparten av tiden.
Øst-vest-orientering:I noen situasjoner hvor det er nødvendig å balansere kraftproduksjonen om morgenen og ettermiddagen, er solcellemodulene orientert i begge retninger, og øker kraftproduksjonen gjennom den skrå solen om morgenen og kvelden.
Sporingssystem:Bruk et sporingssystem for å automatisk justere orienteringen til solcellemoduler i henhold til solens bevegelser, og maksimere mottaket av solstråling. Sporingssystemer er vanligvis delt inn i to typer: enkeltaksesporing og dobbeltaksesporing. Dobbeltaksesporing kan mer nøyaktig følge solens bevegelse, men kostnadene er høyere.
Skyggeanalyse og optimalisering:
Unngå skygger:Unngå at solcellemodulene blir blokkert av skyggene til omkringliggende bygninger, trær og andre gjenstander, og sørg for at solcellemodulene fullt ut kan motta sollys hele dagen.
Trim trær regelmessig:Trim omkringliggende trær regelmessig for å redusere deres skyggepåvirkning på solcellemoduler.
Skyggeanalyse og optimaliseringsteknikker er avgjørende i design og drift av solcellekraftverk.
Er den optimale tiltvinkelen fast og uforandret? Er det sikkert at solcellekraftverk vil ha høyest inntekt ved optimal tiltvinkel?
Den optimale tiltvinkelen betyr høyt strålingsmottak, men det betyr også et relativt stort fotavtrykk. For eksempel, i et begrenset område, når den optimale helningsvinkelen avtar, vil den installerte kapasiteten fortsette å øke. Senking av helningsvinkelen vil redusere kraftproduksjonen, mens økning av installert kapasitet vil øke kraftproduksjonen. Det er derfor behov for ytterligere tekniske og økonomiske sammenligninger basert på eksterne forhold for å avgjøre hvilken helningsvinkel som til syvende og sist gir høyest avkastning. Installasjonsvinkelen til et generelt flatt sementtak anbefales å være større enn 10 grader, noe som er gunstig for selvrensing av regnvannskomponenter.
Den optimale tiltvinkelen for kraftgenerering er ikke fast, faktisk er den nært knyttet til array-avstanden. Jo større array-avstanden er, desto nærmere verdien av den optimale kraftgenereringstiltvinkelen er den optimale strålingshelningsvinkelen. I teorien, hvis avstanden er stor nok til å være uhindret gjennom året, er verdiene til de to de samme.
På grunn av klimausikkerheten kan den optimale helningsvinkelen kun refereres til som den relative optimale helningsvinkelen basert på historiske data. For det første varierer den optimale helningsvinkelen avhengig av de historiske strålingsdataene. Det er noen forskjeller mellom den optimale helningsvinkelen beregnet ved å bruke 5-års historiske data og 10-års historiske data; For det andre representerer historiske gjennomsnittsdata en høy sannsynlighet for lokale strålingsegenskaper, men for et gitt år er det ikke nødvendigvis det optimale valget.
Sammendrag:
(1) Den optimale tiltvinkelen er relatert til den lokale geografiske breddegraden. Når den geografiske breddegraden gradvis øker mot jordens poler med ekvator som referansepunkt, øker også den tilsvarende optimale helningsvinkelen gradvis.
(2) Når tiltvinkelen øker fra horisontal (0 grad ) til den optimale helningsvinkelen, øker mengden stråling mottatt av overflaten tilsvarende, og maksimal strålingsmengde mottas når den optimale helningsvinkelen er nådd ; Når tiltvinkelen fortsetter å øke, begynner mengden stråling som mottas av overflaten å avta igjen, tilsvarende en gradvis nedgang i kraftproduksjonen.
(3) Strålingens innflytelse på kraftproduksjonen er relativt liten når vippevinkelen er innenfor ± 5 grader fra den optimale vippevinkelen.
(4) Hvorvidt den optimale helningsvinkelen skal utformes, må vurderes grundig basert på forholdene på installasjonsstedet og planens økonomiske gjennomførbarhet, og bør ikke utformes blindt.
(5) Ved å optimalisere avstanden og helningsvinkelen kan økonomien og kraftproduksjonen til kraftstasjonen forbedres betydelig.