Kotimaisen aurinkosähköteollisuuden kukoistava kehitys on johtanut aurinkosähkövoimaloiden mittakaavan ja määrän merkittävään kasvuun. Alan jatkuva kehitys ja kypsyys ovat myös asettaneet voimalaitossuunnittelulle korkeampia vaatimuksia. Aikaisempi laaja suunnittelu ei enää vastaa tämän päivän kehitystarpeita. Aurinkosähköisten voimalaitosten hienostunut suunnittelu vaatii jokaista yksityiskohtaa parantamaan voimalaitoksen järjestelmän tehokkuutta, jotta se saavuttaisi omistajien ja sijoittajien tunnustuksen.
Aurinkosähkövoimaloiden rakentamisen ja asennuksen aikana erilaisilla aurinkosähkötekniikoilla ja järjestelmämalleilla on erilaiset vaatimukset kallistuskulmalle ja suunnalle. Parhaan tehontuotantovaikutuksen varmistamiseksi viitataan usein "optimaaliseen kallistuskulmaan". Mikä on optimaalinen kallistuskulma?
Aurinkosähkömoduulin pinnan ja maanpinnan välistä kulmaa kutsutaan kaltevuuskulmaksi. Maa pyörii Auringon ympäri, ja yhden kierrosjakson aikana suoran auringonvalon piste maan päällä liikkuu edestakaisin Syövän tropiikin ja Kauriin trooppisen välillä. Joten aurinkosähkömoduulien pintatason vastaanottaman säteilyn kokonaismäärä vaihtelee eri kallistuskulmissa. Voimalaitoksia suunniteltaessa viitataan yleensä historiallisiin tietoihin kumulatiivisesta säteilystä eri kallistuskulmissa ympäri vuoden ja valitaan optimaaliseksi kallistuskulmasuunnitteluksi säteilykulmaltaan suurin.
"Aurinkosähkövoimaloiden suunnittelukoodin" GB 50797-2012 mukaan optimaalinen kallistuskulma määritellään suurimmaksi vuotuiseksi kokonaissäteilyksi. Jos kiinteä aurinkosähköryhmä vastaanottaa suurimman vuotuisen kokonaissäteilyn kaltevalla pinnalla tällä kallistuskulmalla, kallistuskulmaa kutsutaan optimaaliseksi kallistuskulmaksi (ei korkeimmaksi vuotuiseksi sähköntuotannoksi); Joissakin skenaarioissa optimaalinen kallistuskulma voi kuitenkin olla myös suurinta vuotuista sähköntuotantoa vastaava kallistuskulma, suurinta tuottoa vastaava kallistuskulma, suurinta kuukausittaista sähköntuotantoa vastaava kallistuskulma ja muut lasketut optimaaliset kallistuskulmat. erilaisissa rajoittavissa olosuhteissa. Tässä artikkelissa käsitellään pääasiassa kaltevuuskulmaa, jolla on suurin vuotuinen kokonaissäteily.
Miksi tarvitsemme optimaalisen kallistuskulman?
Optimaalinen kallistuskulma on suunniteltu ensisijaisesti vastaanottamaan enemmän auringonsäteilyä. Kallistetussa aurinkosähköjärjestelmässä auringon eri tulokulmat siihen johtavat erilaisiin määriin normaalia auringonsäteilyä, joka vastaanotetaan pinta-alayksikköä kohti. Mitä suurempi tulokulma (kulma, joka on kohtisuorassa aurinkosähköjärjestelmän normaaliin nähden), sitä vähemmän normaalia auringonsäteilyä vastaanotetaan (samalla säteilysyötöllä). Aurinkosähköjärjestelmän kaltevuuskulman muutos aiheuttaa muutoksen auringon tulokulmassa, mikä vaikuttaa sen säteilyn vastaanottoon. Siksi on tarpeen saada teoreettisten laskelmien avulla optimaalinen kaltevuuskulma vuotuisen säteilyn vastaanoton perusteella.
Kaaviokaavio auringon säteilyä vastaanottavasta komponentista
Käytännössä optimaalista kaltevuuskulmaa suunniteltaessa on otettava huomioon myös sellaiset tekijät, kuten rakennustyömaan maantieteellinen ja luonnollinen ympäristö. Kallistuskulman vaikutus lumen liukumiseen; Kallistuskulman muutosten vaikutus komponenttien tuulenpaineeseen ja lumen paineenkestävyyteen; Samalla on huomioitava näiden tekijöiden vaikutus aurinkosähkön kannatinmateriaalien valintaan ja perustuksen painotukseen sekä liian suurista kulmista aiheutuvat muutokset etu- ja takarivien välisissä etäisyyksissä, mikä nostaa maakustannuksia.
Kuinka laskea optimaalinen kallistuskulma?
Optimaalisen kallistuskulman laskeminen edellyttää paikallista leveys- ja pituusastetta auringon korkeuden ja atsimuutin määrittämiseksi kulloinkin sekä vuosittaista keskimääräistä säteilytietoa useilta vuosilta paikallisen auringon säteilyn ominaisuuksien määrittämiseksi. Säteilytietojen sekä leveys- ja pituusastelaskelmien perusteella kerätään eri kallistuskulmien omaavien aurinkosähköjärjestelmien vuotuinen kokonaissäteilyn vastaanotto ja optimaaliseksi kallistuskulmaksi valitaan kallistuskulma, jolla on suurin vuotuinen kokonaissäteily. Yleensä PVsystin kaltaisia ohjelmistoja voidaan käyttää optimaalisen kallistuskulman laskemiseen kätevästi ja nopeasti.
On suositeltavaa käyttää yhden muuttujan vertailua vertaamaan eri kallistuskulmien vaikutusta sähköntuotantoon. Mutta yleisesti ottaen saman voimalaitoskomponentin kaltevuuskulma on sama kulma ja suunta, ja eri alueiden voimalaitoksia verrattaessa on monia vaikuttavia tekijöitä. Siksi sen demonstroimiseen katsotaan käytettävän PV System -suunnitteluohjelmistoa. Sen ohjelmiston meteorologiset tiedot ovat peräisin NASAn ja Meteonormin meteorologisista tietokannoista, ja todellisten laskelmien perusteella sen tarkkuus on jopa 99%, mikä on vertailukelpoinen.
Mitkä ovat tärkeimmät tekijät, jotka vaikuttavat:
Leveysaste ja kausi:Määritä kaltevuus ja suunta sijainnin leveysasteiden ja vuodenaikojen vaihtelun perusteella, jotta aurinkosähkömoduulit voivat vastaanottaa auringonsäteilyä mahdollisimman paljon. Yleisesti ottaen pohjoisella pallonpuoliskolla kaltevuuskulmaksi voidaan asettaa leveysastekulma miinus 10-15 astetta ja suunta voidaan asettaa suoraan etelään.
Auringon korkeuskulma:Auringon korkeuskulmalla tarkoitetaan auringon korkeutta taivaalla, joka vaihtelee ajan ja vuodenaikojen mukaan. Auringon korkeuskulman muutoksia tutkimalla, kaltevuuden ja suunnan valinnalla aurinkosähkömoduulit voivat vastaanottaa auringon säteilyä suurimmassa määrin eri ajanjaksoina.
Varjon tukos:Varjotukos voi heikentää aurinkosähkömoduulien tehokkuutta. Kaltevuutta ja suuntausta valittaessa on otettava huomioon rakennusten, puiden tai muiden esineiden aiheuttama varjostus. Vältä tai minimoi varjotukokset aurinkosähkövoimaloiden tehokkuuden parantamiseksi.
Lämpötilan vaikutus:Korkeat lämpötilat voivat heikentää aurinkosähkömoduulien tehokkuutta. Asianmukainen kaltevuus ja suunta voivat auttaa poistamaan lämpöä komponenteista ja vähentämään lämpötilan vaikutusta sähköntuotannon tehokkuuteen.
Maaperän käyttö:Kun valitset kaltevuutta ja suuntaa, ota huomioon aurinkovoimalan maankäyttö. Määritä sopiva kaltevuus ja suunta käytettävissä olevan maan tai rakennustilan perusteella saavuttaaksesi maksimaalisen sähköntuotannon tehokkuuden.
Optimoi aurinkosähkömoduulien kallistuskulma ja suuntaus parantaaksesi aurinkosähköjärjestelmien tehokkuutta.
Kallistuskulman optimointi:
Kausisäätö:Säädä aurinkosähkömoduulien kallistuskulmaa sijainnin kausivaihteluiden mukaan. Talvella kallistuskulman sopiva lisääminen voi lisätä aurinkosähköpaneelin ja suoran auringonvalon välistä kosketusaluetta ja parantaa sähköntuotannon tehokkuutta talvella; Kesällä kallistuskulmaa pienennetään minimoimaan aurinkopaneelien mahdollinen ylikuumeneminen, joka aiheutuu suorasta auringonvalosta korkeissa lämpötiloissa.
Leveysasteen säätö:Määritä optimaalinen kaltevuuskulma sijainnin leveysasteen perusteella. Yleisesti ottaen noin 15 asteen vähentäminen leveysastekulmasta on kohtuullinen kaltevuusasetus, jonka avulla aurinkosähkömoduulit voivat vastaanottaa suurimman mahdollisen auringonsäteilyenergian.
Kohti optimointia:
Suunta etelään:Pohjoisella pallonpuoliskolla aurinkosähkömoduulit on suunnattu etelään auringon säteilyn vastaanoton maksimoimiseksi. Eteläsuuntainen suuntaus varmistaa, että aurinkosähkömoduulit saavat suurimman osan auringonvalosta suurimman osan ajasta.
Itä-länsi-suunta:Joissakin tilanteissa, joissa sähköntuotantoa on tarpeen tasapainottaa aamulla ja iltapäivällä, aurinkosähkömoduulit on suunnattu molempiin suuntiin, mikä lisää sähköntuotantoa kaltevassa auringonpaisteessa aamulla ja illalla.
Seurantajärjestelmä:Käytä seurantajärjestelmää säätääksesi aurinkosähkömoduulien suunnan automaattisesti auringon liikkeen mukaan, mikä maksimoi auringon säteilyn vastaanoton. Seurantajärjestelmät jaetaan yleensä kahteen tyyppiin: yksiakselinen seuranta ja kaksiakselinen seuranta. Kaksiakselinen seuranta voi seurata tarkemmin auringon liikettä, mutta hinta on korkeampi.
Varjoanalyysi ja optimointi:
Vältä varjoja:Vältä ympäröivien rakennusten, puiden ja muiden esineiden varjojen peittämästä aurinkosähkömoduuleja ja varmista, että aurinkosähkömoduulit voivat vastaanottaa auringonvaloa koko päivän.
Leikkaa puita säännöllisesti:Leikkaa ympäröivät puut säännöllisesti vähentääksesi niiden varjovaikutusta aurinkosähkömoduuleihin.
Varjoanalyysi- ja optimointitekniikat ovat ratkaisevan tärkeitä aurinkosähkövoimaloiden suunnittelussa ja käytössä.
Onko optimaalinen kallistuskulma kiinteä ja muuttumaton? Onko varmaa, että aurinkovoimalat saavat suurimmat tulot optimaalisessa kallistuskulmassa?
Optimaalinen kallistuskulma tarkoittaa korkeaa säteilyn vastaanottoa, mutta se tarkoittaa myös suhteellisen suurta jalanjälkeä. Esimerkiksi rajatulla työmaa-alueella optimaalisen kaltevuuskulman pienentyessä asennettu kapasiteetti jatkaa kasvuaan. Kallistuskulman pienentäminen vähentää sähköntuotantoa, kun taas asennetun kapasiteetin lisääminen lisää sähköntuotantoa. Siksi tarvitaan lisää teknisiä ja taloudellisia vertailuja, jotka perustuvat ulkoisiin olosuhteisiin, jotta voidaan määrittää, mikä kaltevuuskulma lopulta tuottaa suurimman tuoton. Yleisen sementtikaton asennuskulmaksi suositellaan yli 10 astetta, mikä on edullista sadevesikomponenttien itsepuhdistumisessa.
Optimaalinen sähköntuotannon kallistuskulma ei ole kiinteä, itse asiassa se liittyy läheisesti ryhmän etäisyyksiin. Mitä suurempi ryhmäväli on, sitä lähempänä optimaalisen sähköntuotannon kallistuskulman arvo on optimaalista säteilyn kallistuskulmaa. Teoriassa, jos etäisyys on riittävän suuri ollakseen esteetön ympäri vuoden, näiden kahden arvot ovat samat.
Ilmaston epävarmuuden vuoksi optimaalista kaltevuuskulmaa voidaan kutsua vain suhteelliseksi optimaaliseksi kaltevuuskulmaksi historiallisten tietojen perusteella. Ensinnäkin optimaalinen kaltevuuskulma vaihtelee historiallisten säteilytietojen mukaan. Optimaalisen kaltevuuskulman välillä, joka on laskettu käyttämällä 5-vuoden historiallisia tietoja ja 10-vuoden historiallisia tietoja, on joitain eroja; Toiseksi historialliset keskiarvotiedot edustavat suurta todennäköisyyttä paikallisille säteilyominaisuuksille, mutta tietylle vuodelle se ei välttämättä ole optimaalinen valinta.
Yhteenveto:
(1) Optimaalinen kallistuskulma liittyy paikalliseen maantieteelliseen leveysasteeseen. Kun maantieteellinen leveysaste vähitellen kasvaa kohti Maan napoja ja ekvaattori vertailupisteenä, myös vastaava optimaalinen kaltevuuskulma kasvaa vähitellen.
(2) Kun kallistuskulma kasvaa vaakatasosta (0 astetta ) optimaaliseen kallistuskulmaan, pinnan vastaanottaman säteilyn määrä kasvaa vastaavasti ja maksimi säteilymäärä vastaanotetaan, kun optimaalinen kallistuskulma saavutetaan. ; Kallistuskulman kasvaessa sen pinnan vastaanottaman säteilyn määrä alkaa jälleen pienentyä, mikä vastaa sähköntuotannon asteittaista vähenemistä.
(3) Säteilyn vaikutus sähköntuotantoon on suhteellisen pieni, kun kallistuskulma on ± 5 asteen sisällä optimaalisesta kallistuskulmasta.
(4) Optimaalisen kaltevuuskulman suunnittelu on arvioitava kattavasti asennuspaikan olosuhteiden ja suunnitelman taloudellisen toteutettavuuden perusteella, eikä sitä pidä suunnitella sokeasti.
(5) Optimoimalla väli- ja kaltevuuskulmaa voidaan merkittävästi parantaa voimalaitoksen taloudellisuutta ja sähköntuotantoa.