太陽能電池光伏組件（jiàn）的方位角與傾斜角（jiǎo）選定

    由於太陽能是一種（zhǒng）清潔的能源，它的應用正在世界範圍內快速地增長。利用太陽光發電就是一種使用太陽能的方式，目前建設一個太陽能發電係統的（de）成本還是較高的，從我國現階段的太陽能發電成本來看，其花費在太陽電池組（zǔ）件的費用大約為30～40％，因此，為了更加充分有效地利用太陽能（néng），如（rú）何選取太陽電池（chí）方陣的方位角與傾（qīng）斜角是一個十（shí）分重要的問題。

    （一）

    1.方位角

    太陽電池方陣的方位角是方陣的垂直（zhí）麵與正南方向的夾角（向（xiàng）東偏設定（dìng）為負角度，向西偏設定為正角度）。一般情況下，方陣朝向正南（nán）（即方陣垂直麵與正南（nán）的夾角為0°）時（shí），太陽電（diàn）池（chí）發（fā）電量是最大的。在偏離正（zhèng）南（北半球）30°度時，方陣的發電（diàn）量將減少約10％～15％；在偏（piān）離（lí）正南（北半球）60°時（shí），方陣的發電（diàn）量（liàng）將減少約（yuē）20％～30％。但是，在晴朗的夏天，太陽輻射能量的最大時刻是在中（zhōng）午（wǔ）稍後，因（yīn）此方陣的方位稍微向西偏一些時，在午後時刻可獲得（dé）最大發電（diàn）功率。在不同的季節，太陽電池方陣的方位稍微向東或西一些都（dōu）有獲得發電量最大的時候（hòu）。方陣設置場所受到許多條件的（de）製約，例如（rú），在地麵上設置時土地的方位角（jiǎo）、在屋頂上設置時屋頂的方位角，或者（zhě）是為了躲避太陽陰影時（shí）的方（fāng）位角，以及布置規劃、發電效（xiào）率（lǜ）、設計規劃、建設目的等許多因素都有關（guān）係。如果要（yào）將方位角調整（zhěng）到在一天（tiān）中負荷的峰值時刻與發電峰值時刻一致時，請參考下述的公式。至於並網發電的場合，希望綜合考慮以上各方麵的情況（kuàng）來選定方位角。

    方位角＝（一天中負荷的峰值時刻（kè）（24小時製）－12）×15＋（經度－116）

    10月9日（rì）北京的太陽（yáng）電（diàn）池方陣處於不同方位角時，日射量與時間推移的關係曲線。在不同的季節，各個方（fāng）位的日射量峰值產生時刻是（shì）不一樣的。

    2.傾斜（xié）角（jiǎo）

   傾斜角是太陽電池方（fāng）陣平麵與水平地麵的（de）夾角，並希望此夾（jiá）角是（shì）方陣一年中（zhōng）發電量為最大（dà）時的最佳傾斜角度。一年中（zhōng）的最佳傾（qīng）斜角與當地的地理緯度有關，當緯度較高時，相應的傾斜角也大。但（dàn）是，和方位角一樣（yàng），在設計中也要考（kǎo）慮到屋頂的傾斜角（jiǎo）及積雪滑（huá）落的傾斜角（斜率大於50％-60％）等（děng）方麵的限製條件（jiàn）。對於積雪滑落（luò）的傾斜角，即使在積雪期發電量少而（ér）年總發電量也存在增加的情況，因（yīn）此，特別是在並網發電（diàn）的係統中，並不一定優先考慮（lǜ）積雪的滑落，此外，還要進一步考慮其（qí）它因素（sù）。對於正南（方位角為0°度），傾斜（xié）角從水（shuǐ）平（傾斜角為0°度）開始逐漸向最佳的傾斜角過渡時，其日射量不斷增加直到最大值，然後再增加傾斜角（jiǎo）其日射量不斷減少（shǎo）。特別是在傾斜角大於50°～60°以後，日射量急劇下降，直至到最後的垂直放置時，發（fā）電量下降到最小。方（fāng）陣從垂直放置（zhì）到10°～20°的傾斜放置都有實際的例子。對於方位（wèi）角不為0°度的情況，斜麵日射量的（de）值普遍偏低，最大日射量的值是在與水平麵接近的傾斜角度附近。以上所述（shù）為（wéi）方位角、傾斜角與發電量之間的關係，對於具體設計某一個方陣的方位角和傾斜角還應綜合地（dì）進一步同實際情況（kuàng）結合起來考慮。

    （二）

    太陽能電池組件的方位角與傾斜角選定是（shì）太陽能光伏係統設計時最重要的因素之一。所謂方位角一般是指（zhǐ）東（dōng）西南北（běi）方向的角度。對於太陽能光伏係統來說，方位角以（yǐ）正南為0°，由南向東向（xiàng）北為負角度，由南向本（běn）向北為下角度，如太陽在下（xià）東方向（xiàng）時，方位角為-90°，在正西（xī）方時（shí）方位角為90°。方位角決定了陽光的入射方向，決定了各個方向的山坡或不同朝向的建築（zhù）物的采光狀況。傾斜角是地平麵（miàn）（水（shuǐ）平麵）與太陽能電池組件之間的夾角。傾斜角為0°時表示太陽能電池組（zǔ）件為水平設（shè）置，傾斜角為90°時（shí）表示太（tài）陽（yáng）能電池組件為垂直設置。

    1、太陽能電池方位角的選擇。

    在我國，太陽能電池的（de）方位角一般（bān）都選擇正南方（fāng）向，以使太陽能電池單位容量的（de）發（fā）電量最大。如（rú）果受太陽（yáng）能電池設置場所如（rú）屋頂、土坡、山地、建築物結構及陰（yīn）影等的限製時，則應考慮（lǜ）與它們的方位角一到，以求充分利用現有的地形和有效麵（miàn）積，並盡（jìn）量避開（kāi）周（zhōu）圍建、構築物或樹木等產生的（de）陰影。隻要在（zài）正南±20°之內，都不會對發電量有太大影響，條件允許的（de）話，應盡可能偏（piān）西南20°之內，使太陽能發電量的峰值出現在中午稍過後某時，這樣有利冬季多發電。有些太陽能光伏建築一體化發電係統設計時，當正南方向（xiàng）太陽能電池鋪設麵積不夠大時，也可將太陽能電池鋪設（shè）在正東、正西方向。 

    2、太陽能電池傾斜角的選擇。

    最理想的（de）傾斜（xié）角是使太陽能電池年發電量盡可能大，而冬季和（hé）夏季發電量（liàng）差異盡可（kě）能小時的傾（qīng）斜（xié）角。一般取當（dāng）地緯度或當地緯（wěi）度加上幾度做（zuò）為當地太陽能電池組件安裝的傾（qīng）斜（xié）角（jiǎo）。當然（rán）如果能夠采用計算機（jī）輔助設計軟件，可以進行（háng）太陽能傾斜角的優化計算，使兩者能夠兼顧就（jiù）更好了，這對於高緯度地區尤為重要。高緯度地區的（de）冬季和夏（xià）季水平麵太陽輻射量差異非常大，例（lì）如我國黑（hēi）龍江省相差約5倍。如果按照水平麵輻射量參數時行設計，則蓄電池冬季存儲量過大，造成蓄電池的設計容量和投資都加大。選（xuǎn）擇了最佳傾斜角，太陽能電池麵上冬季和夏季輻射量之差變小，蓄電池的容量也可以減少，求得一個均衡，使係統（tǒng）造價降低，設計（jì）更為合理（lǐ）。

    如果沒有（yǒu）條件對傾斜角進行計（jì）算機優（yōu）化設計，也可以根據（jù）當地緯度粗略確定太陽能電池的傾斜角：

    緯（wěi）度（dù）為0°~25°時，傾斜（xié）角等於緯度（dù）；

    緯度為26°~40°時，傾斜（xié）角（jiǎo）等於緯（wěi）度（dù）加上5°~10°；

    緯度為41°~55°時（shí），傾斜角等於緯度加上10°~15°；

    緯度為（wéi）55°以上時（shí），傾斜角等於緯度加上（shàng）15°~20°。

    但（dàn）不同類型（xíng）的太陽能光（guāng）伏發電係統，其最佳安裝傾斜角是有所不同（tóng）的。例如光控太陽能路燈照（zhào）明（míng）係統等季節性負載供電的光伏發電係統，這類負載的工作時（shí）間隨著（zhe）季節而變化，其特點是以自然光線的來決定負載每天工（gōng）作時間的（de）長短。冬天時日照時（shí）間短，太（tài）陽能輻射能量小，而夜間負載（zǎi）工（gōng）作時間長，耗電量大。因此（cǐ）係（xì）統設計（jì）時要考慮照顧冬天，按冬天時能得到最大發電量的傾斜角確定，其傾（qīng）斜角應（yīng）該比當地緯度角度（dù）大一些。而（ér）對於主要為光伏水泵、製（zhì）冷空調等夏（xià）季負載供電的光伏係統，則應考慮為夏季負載提供（gòng）最大發電量，其傾斜角應該（gāi）比當地緯度的角度小一些。