淺談光伏設(shè)計(jì)中的太陽(yáng)相關(guān)計(jì)算

1、<p>　　淺談光伏設(shè)計(jì)中的太陽(yáng)相關(guān)計(jì)算</p><p>　　摘要：介紹與太陽(yáng)能發(fā)電相關(guān)的幾個(gè)主要太陽(yáng)參數(shù)計(jì)算方法以及各數(shù)據(jù)選擇的原則。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：光伏設(shè)計(jì)、太陽(yáng)高度角、方位角、設(shè)計(jì)軟件 </p><p>　　中圖分類號(hào)： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1 前言

2、</b></p><p>　　近年來(lái)國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能行業(yè)發(fā)展迅猛，每年數(shù)GWp項(xiàng)目陸續(xù)并網(wǎng)，新能源設(shè)計(jì)院、室紛紛成立，許多院校、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)也開(kāi)始了太陽(yáng)能設(shè)計(jì)專項(xiàng)培訓(xùn)，無(wú)數(shù)行業(yè)內(nèi)總承包企業(yè)、原先從事其他行業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)院、所也開(kāi)展了很多相關(guān)項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)，各種公式使用較多，筆者整理相關(guān)設(shè)計(jì)，并結(jié)合自身設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將實(shí)際設(shè)計(jì)中較準(zhǔn)確、使用較多的公式整理并結(jié)合太陽(yáng)能設(shè)計(jì)進(jìn)行解釋。希望能夠給行業(yè)從業(yè)人員給予幫助。 <

3、;/p><p><b>　　2 需要計(jì)算數(shù)據(jù) </b></p><p>　　我們知道，太陽(yáng)能組件方陣平面是需要在大多數(shù)時(shí)候正對(duì)太陽(yáng)才能獲得最大的輻照量，從而轉(zhuǎn)換更多能量為電能，增加發(fā)電量。而太陽(yáng)有自己的固定運(yùn)行軌道，每天、每年位置并不相同， 為準(zhǔn)確設(shè)定板面朝向，獲取最大輻照量，必須精確掌握太陽(yáng)位置數(shù)據(jù)，需要了解與此相關(guān)的太陽(yáng)參數(shù)及其計(jì)算方法，些參數(shù)主要有太陽(yáng)高度角、太陽(yáng)方

4、位角，另外對(duì)于固定支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通常取每日太陽(yáng)在天空中軌跡的中點(diǎn)作為板面朝向，這樣可以平均獲得非直射時(shí)段（上午、下午）太陽(yáng)輻射，因此通常系統(tǒng)會(huì)選擇當(dāng)?shù)卣鐣r(shí)分太陽(yáng)位置作為板面朝向，這樣我們還需要了解晝長(zhǎng)數(shù)據(jù)。 </p><p>　　當(dāng)然，晝長(zhǎng)數(shù)據(jù)我們需要任意年、任意天的數(shù)據(jù)，太陽(yáng)高度角、方位角我們也需要任意年、月、日的任意時(shí)刻數(shù)據(jù)。 </p><p><b>　　3 主要計(jì)算方法

5、 </b></p><p>　　3.1 太陽(yáng)赤緯角 </p><p>　　又稱太陽(yáng)赤緯，是地球赤道平面與太陽(yáng)和地球中心的連線之間的夾角（天球坐標(biāo)系中太陽(yáng)繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道為黃道。黃道面和赤道面的交角為23.5度，稱為黃赤交角，也稱為太陽(yáng)赤緯角。）。赤緯角是由于地球繞太陽(yáng)運(yùn)行造成的現(xiàn)象，它隨時(shí)間而變，因?yàn)榈剌S方向不變，所以赤緯角隨地球在運(yùn)行軌道上的不同點(diǎn)具有不同的數(shù)值。 </

6、p><p>　　因赤緯值日變化很小，一年內(nèi)任何一天的赤緯角δ可用下式計(jì)算： </p><p>　　sinδ=0.39795cos[0.98563(N-173)]【公式1】 </p><p>　　或δ=23.45sin[360×（284+n）/365]?！竟?】 </p><p>　　式中：N為日數(shù)，自1月1日開(kāi)始計(jì)算。 </p&

7、gt;<p>　　3.2 太陽(yáng)高度角 </p><p>　　太陽(yáng)高度角簡(jiǎn)稱太陽(yáng)高度(角度)，對(duì)于地球上的某個(gè)地點(diǎn)，太陽(yáng)高度是指太陽(yáng)光的入射方向和地平面之間的夾角。太陽(yáng)高度是決定地球表面獲得太陽(yáng)熱能數(shù)量的最重要的因素。 </p><p>　　我們用h來(lái)表示這個(gè)角度，它在數(shù)值上等于太陽(yáng)在天球地平坐標(biāo)系中的地平高度。 太陽(yáng)高度角隨著地方時(shí)和太陽(yáng)的赤緯的變化而變化。太陽(yáng)赤緯以δ表示，

8、觀測(cè)地地理 </p><p>　　緯度用φ表示，地方時(shí)(時(shí)角)以ω表示，有太陽(yáng)高度角的計(jì)算公式： </p><p>　　sin h＝sin φ sin δ＋cos φ cos δ cosω【公式3】 </p><p>　　日升日落，同一地點(diǎn)一天內(nèi)太陽(yáng)高度角是不斷變化的。日出日落時(shí)角度都為零度，正午時(shí)太陽(yáng)高度角最大。 </p><p>　　正午

9、時(shí)時(shí)角為0，以上公式可以簡(jiǎn)化為： </p><p>　　sin H＝sin φ sin δ＋sin φ cos δ【公式4】 </p><p>　　其中，H表示正午太陽(yáng)高度角。 </p><p>　　由兩角和與差的三角函數(shù)公式，可得 </p><p>　　sin H＝cos(φ－δ)【公式5】 </p><p><

10、;b>　　因此， </b></p><p>　　對(duì)于北半球而言，H＝90°－(φ－δ)；【公式6】 </p><p>　　對(duì)于南半球而方，H＝90°－(δ－φ)。【公式7】 </p><p>　　我們光伏支架板面的朝向就決定于太陽(yáng)高度角，太陽(yáng)高度角在地平線之間和天頂之間擺動(dòng)，對(duì)于不同緯度地區(qū)范圍不同，因此組件支架朝向有不同范圍。

11、 </p><p>　　3.3 太陽(yáng)方位角 </p><p>　　太陽(yáng)方位角即太陽(yáng)所在的方位，指太陽(yáng)光線在地平面上的投影與當(dāng)?shù)刈游缇€的夾角，可近似地看作是豎立在地面上的直線在陽(yáng)光下的陰影與正南方的夾角為正方向（在很多程序中是指地面點(diǎn)和太陽(yáng)的連線在水平面上的投影和正北方的夾角，正北方為零度，順時(shí)針為正方向）。方位角以正南方向?yàn)榱?，由南向東向北為負(fù)，由南向西向北為正，如太陽(yáng)在正東方，方位角為-

12、90°，在正東北方時(shí)，方位為-135°，在正西方時(shí)方位角為90°，在正北方時(shí)為±180°。 </p><p><b>　　【公式8】 </b></p><p>　　式中：γs指太陽(yáng)方位角，ω指時(shí)角，δ指赤緯角，h指太陽(yáng)高度角。 </p><p>　　以上各參數(shù)僅僅為相關(guān)計(jì)算中基本的幾個(gè)數(shù)據(jù)，實(shí)際

13、在太陽(yáng)運(yùn)行以及光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用數(shù)據(jù)非常多，比如：晝長(zhǎng)、日出日落時(shí)角、天頂角、反射率、晴朗指數(shù)、直射輻射、散射輻射、漫射輻射等。 </p><p>　　3.4實(shí)際設(shè)計(jì)中上述數(shù)據(jù)選用方法 </p><p>　　很多設(shè)計(jì)人員會(huì)在選擇支架方向、傾角時(shí)選擇正南、當(dāng)?shù)鼐暥茸鳛榻茢?shù)據(jù)，但是實(shí)際每個(gè)地方的輻射數(shù)據(jù)并不全是太陽(yáng)位置所決定，很多還跟當(dāng)?shù)睾０巍⒃屏?、雨季、浮沉季?jié)等氣候特點(diǎn)密切相關(guān)，因此實(shí)際

14、計(jì)算并不是當(dāng)?shù)鼐暥染鸵欢ㄊ亲罴褍A角。需要根據(jù)實(shí)際氣象資料進(jìn)行詳細(xì)測(cè)算。 </p><p>　　因此，應(yīng)當(dāng)采用當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶜庀筚Y料、經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、海拔數(shù)據(jù)、采用不同的支架傾角、方位角來(lái)進(jìn)行綜合測(cè)算，以測(cè)算得到的發(fā)電量數(shù)據(jù)為依據(jù)，來(lái)選擇支架傾角、朝向。 </p><p>　　當(dāng)然這樣計(jì)算工作量非常大，無(wú)法做到快速計(jì)算，因此，很多企業(yè)、設(shè)計(jì)院都采用編制設(shè)計(jì)軟件或者在excel中設(shè)定好算法、公式，來(lái)

15、縮減計(jì)算時(shí)間。 </p><p>　　推薦幾種比較知名的軟件，比如：PVsyst、Retscreen等，網(wǎng)上也有相關(guān)下載，大家可以去使用，但是這些軟件自身數(shù)據(jù)庫(kù)、以及算法并不見(jiàn)得適合實(shí)際使用情況，因此還要靠大家自身的專業(yè)知識(shí)來(lái)判斷、選擇。 </p><p><b>　　5 總結(jié) </b></p><p>　　本文僅是就光伏相關(guān)的幾個(gè)太陽(yáng)參數(shù)計(jì)算

16、提供了較準(zhǔn)確、可供設(shè)計(jì)使用的一些公式，并結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)提出了參數(shù)選擇方法，希望對(duì)廣大設(shè)計(jì)人員能有幫助。 </p><p>　　另外，以上公式僅為主要公式，實(shí)際在天文相關(guān)計(jì)算中，對(duì)于太陽(yáng)各參數(shù)的計(jì)算非常嚴(yán)謹(jǐn)，通常要計(jì)算真太陽(yáng)時(shí)、儒略日、黃赤交角、太陽(yáng)平黃經(jīng)、太陽(yáng)近點(diǎn)角、真近點(diǎn)角、視黃經(jīng)、太陽(yáng)地心視赤緯等進(jìn)行計(jì)算，還要進(jìn)行修正，相當(dāng)復(fù)雜，希望有機(jī)會(huì)和大家分享。 </p><p><b>