太陽能電池光伏組件的方位角與（yǔ）傾斜角選定

    由於太陽能是一種清潔的能源，它的應用正在世界範圍內快速地增長。利用太陽（yáng）光發電就是一（yī）種使用太陽能的方式，目前（qián）建設一個太陽（yáng）能發電係統的成本還（hái）是（shì）較高的，從我國現階段的（de）太（tài）陽能發電成本來看，其花費在太陽電（diàn）池組件的費用大約為30～40％，因此，為了更加充分有效（xiào）地利用太陽能，如何選取太陽電池方（fāng）陣的方位角與傾斜（xié）角是一個十（shí）分重要的問題。

    （一）

    1.方（fāng）位角（jiǎo）

    太陽電池方陣的方（fāng）位角是方陣的垂直（zhí）麵（miàn）與正南方向的夾角（向東偏設定為（wéi）負角度，向西偏設定為正角（jiǎo）度）。一般情況下，方陣朝向正南（即方陣垂直麵與正南（nán）的夾角為0°）時，太陽電池發（fā）電量是最大的。在偏離正（zhèng）南（北半球）30°度時，方陣的發電量將減少（shǎo）約10％～15％；在偏離正南（nán）（北半（bàn）球）60°時，方（fāng）陣的發電量（liàng）將減少（shǎo）約20％～30％。但是，在（zài）晴朗的夏天，太陽輻射能量的最大（dà）時刻是在中午稍後，因此方陣的方位稍微向西偏一些時，在午後時刻可獲得最大發（fā）電功率（lǜ）。在不同的季節，太陽電池方陣的方位稍（shāo）微向東或（huò）西一些都有獲得發電量最大的（de）時候。方陣設置場所受到許多條件的製約，例如，在地麵上設置時土地的方位角、在屋頂上（shàng）設置時屋頂的方位角，或者是為了躲（duǒ）避太（tài）陽陰影時的方位角，以及布置規劃、發電（diàn）效率、設計規（guī）劃、建設目的等許多因素都有（yǒu）關係。如果要將方位（wèi）角調整到在一天（tiān）中負（fù）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（wǎng）發電的場合，希望綜合考慮以上各方麵的情況來選定方位角。

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

    10月9日北京的太陽電池方陣處於不（bú）同方（fāng）位角時，日射（shè）量與時間推（tuī）移的關係曲線。在不同的季節，各個方位的（de）日射量峰值（zhí）產生時刻是不一樣的。

    2.傾（qīng）斜角

   傾斜角（jiǎo）是太陽電池方陣平麵與水平地麵的夾角，並希望此夾角是方陣一（yī）年中（zhōng）發（fā）電量為最大（dà）時的最佳傾斜角度。一年中的最佳傾斜角與當地的（de）地理（lǐ）緯度有關（guān），當緯度較高時，相應（yīng）的傾斜角也大。但是，和方位角一樣，在設計中也要考慮（lǜ）到屋頂的傾斜角及積雪滑落的傾斜角（斜率大於50％-60％）等（děng）方麵的限製條（tiáo）件。對於積雪（xuě）滑落的傾斜角，即使（shǐ）在積雪（xuě）期發（fā）電量少而（ér）年（nián）總發電（diàn）量也存在增（zēng）加的情況，因此，特別是在（zài）並網發電的（de）係統中，並不一定優先考慮（lǜ）積雪的滑落，此外，還要進一步考慮其它因素。對於正（zhèng）南（方（fāng）位角為0°度），傾（qīng）斜角從水平（傾斜角為0°度）開始逐漸（jiàn）向最佳的傾斜角過渡時，其日（rì）射量不斷增加直到最（zuì）大值，然後再增加傾斜角其日射量不斷減（jiǎn）少。特別是在傾斜角（jiǎo）大於50°～60°以後，日射（shè）量急劇下降，直至到最（zuì）後的垂直放置時，發（fā）電量下降到最小。方陣從垂直放置到10°～20°的傾斜放置都有實際的例子。對於方位角不為0°度的情況，斜（xié）麵日射量（liàng）的值普遍偏（piān）低，最大日射量的值（zhí）是在與水平麵接近的傾斜角度附近。以上所述為方位角、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進一步同實際情況結合起來考慮。

    （二）

    太陽能電池組件的方位角與傾斜角選定是太陽能光伏係統設（shè）計時最重要（yào）的因素之一。所謂方位角一般是指東西南北方向的角度。對於太陽能光伏係統來（lái）說，方位角以正南為0°，由南向東向北為負角度，由南向本向北為下角度，如太陽在下東（dōng）方（fāng）向時，方位角為-90°，在正西方時方位角為90°。方位角決定了陽光的入射方（fāng）向，決定了各個（gè）方向（xiàng）的（de）山坡或不（bú）同朝向的建築（zhù）物的采光狀況。傾斜角是地平麵（miàn）（水平麵）與太陽能電池組件之間（jiān）的夾角。傾斜角為0°時表示（shì）太陽能電池組件為水平設置，傾斜角為90°時（shí）表示太陽能電池組件為垂直設置（zhì）。

    1、太陽能電池方位角的選擇。

    在我國，太陽能（néng）電池的方位角一（yī）般都選（xuǎn）擇正南方向，以使太陽能電池單位容量的發電量（liàng）最大。如果受太陽能電池設（shè）置場所如屋頂、土坡（pō）、山地、建築物結構及陰影等的限製時，則應考慮與它們（men）的方位角一到，以求充分利（lì）用現有的地（dì）形和有效麵積，並盡量避開周圍建、構築物或樹木（mù）等產生的陰影。隻要在（zài）正（zhèng）南±20°之（zhī）內，都不會對發電（diàn）量有太大影響，條件允許的話，應盡可能偏西南20°之內，使太（tài）陽能發電量的峰值出現在中午稍（shāo）過（guò）後某時，這（zhè）樣有利冬季多發電。有些太陽（yáng）能（néng）光伏建（jiàn）築一體化（huà）發電係統設計時，當正南方向太陽（yáng）能電池鋪設麵積不夠大時，也可將（jiāng）太陽能電池（chí）鋪設在正東、正西（xī）方向。 

    2、太陽能電池傾斜角的（de）選擇。

    最理想的傾斜角是使太陽能電池年發電量盡（jìn）可能大，而冬季和夏（xià）季發電量差異盡可能小時的（de）傾斜角。一（yī）般取當（dāng）地緯度或當地（dì）緯度加上幾度做為（wéi）當地太陽能電池組（zǔ）件安裝的傾斜角。當然如果能夠采用計算機輔助設計軟件，可以進行太陽能傾斜角的優化計算，使兩（liǎng）者（zhě）能夠兼顧就更好了，這對於（yú）高緯度地區尤為重要。高緯度地區（qū）的冬季和夏（xià）季水平麵太陽輻射量差異非常大，例如我國黑龍江省相差約5倍。如果（guǒ）按照水平麵輻射量參（cān）數時（shí）行設計，則（zé）蓄電池冬季存（cún）儲量過大，造成蓄電池的設計容量和投資（zī）都加大。選擇了最佳傾斜角，太陽能電池麵上冬（dōng）季和夏季輻射量之（zhī）差變小，蓄電池的容量也可以（yǐ）減少，求得一個均衡，使（shǐ）係統造價降低，設計更為（wéi）合理。

    如果沒有條件對（duì）傾（qīng）斜角進行計算機（jī）優化設計，也可以根據當（dāng）地緯度粗略確定太陽能電池的傾斜角：

    緯度為0°~25°時，傾斜角等於緯度；

    緯度為26°~40°時，傾斜角等於緯度加上5°~10°；

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

    緯度為55°以（yǐ）上時，傾斜（xié）角等於（yú）緯度加上15°~20°。

    但不同類型的太陽能光（guāng）伏發電係統，其最佳安裝傾（qīng）斜角是有所（suǒ）不同的。例如光控（kòng）太陽能路燈照明係統等季（jì）節性負載供電的光伏發（fā）電係統，這類負（fù）載的工作時間隨著季節而（ér）變化（huà），其特點是以自然光線的來決定負載每天工作時間的長短。冬天時日照時間短，太陽能輻射能量小，而夜間負載工作時間長，耗電量大。因（yīn）此係統設計（jì）時要考慮照顧冬（dōng）天，按（àn）冬天時能得到最大發電量的傾斜角確定，其傾斜角應該比當地緯度角度大一些。而對（duì）於主要為光伏（fú）水泵、製冷（lěng）空（kōng）調等夏季負載供電的光伏係統，則應考慮為夏季負載提供最（zuì）大發電量，其傾斜角應該比當地緯度的（de）角度小一些（xiē）。