Dėl klestinčios vidaus fotovoltinės pramonės plėtros labai padidėjo fotovoltinių elektrinių mastas ir kiekis. Nuolatinė pramonės plėtra ir branda taip pat iškėlė aukštesnius reikalavimus elektrinių projektavimui. Ankstesnis platus dizainas nebegali patenkinti šiandieninių plėtros poreikių. Ištobulintas fotovoltinių elektrinių dizainas reikalauja kiekvienos detalės, kad būtų pagerintas elektrinės sistemos efektyvumas, siekiant pelnyti savininkų ir investuotojų pripažinimą.
Fotovoltinių elektrinių statybos ir montavimo procese skirtingos fotovoltinės technologijos ir sistemų projektai kelia skirtingus reikalavimus pasvirimo kampui ir orientacijai. Siekiant užtikrinti geriausią energijos gamybos efektą, dažnai minimas „optimalus pakreipimo kampas“. Koks yra optimalus pakreipimo kampas?
Kampas tarp fotovoltinio modulio paviršiaus ir žemės lygio vadinamas polinkio kampu. Žemė sukasi aplink Saulę ir per vieną apsisukimo laikotarpį tiesioginės saulės šviesos taškas Žemėje juda pirmyn ir atgal tarp Vėžio atogrąžų ir Ožiaragio atogrąžų. Taigi bendras spinduliuotės kiekis, kurį gauna fotovoltinių modulių paviršiaus plokštuma, skiriasi skirtingais pasvirimo kampais. Projektuodami elektrines paprastai remiamasi istoriniais kaupiamosios spinduliuotės duomenimis įvairiais pasvirimo kampais ištisus metus ir kaip optimalaus pasvirimo kampo konstrukciją pasirenkame didžiausios spinduliuotės kampą.
Remiantis „Fotovoltinių elektrinių projektavimo kodeksu“ GB 50797-2012, optimalus pasvirimo kampas apibrėžiamas kaip didžiausia metinė bendra spinduliuotė. Jei fiksuota fotovoltinė matrica gauna didžiausią metinę suminę spinduliuotę ant nuožulnaus paviršiaus šiuo pasvirimo kampu, tada pasvirimo kampas vadinamas optimaliu pasvirimo kampu (o ne didžiausia metine elektros energijos gamyba); Tačiau pagal kai kuriuos scenarijus optimalus pasvirimo kampas taip pat gali būti pasvirimo kampas, atitinkantis didžiausią metinę elektros energijos gamybą, pasvirimo kampas, atitinkantis didžiausią išeigą, pasvirimo kampas, atitinkantis didžiausią mėnesio energijos gamybą, ir kiti apskaičiuoti optimalūs pasvirimo kampai. įvairiomis ribojančiomis sąlygomis. Šiame straipsnyje daugiausia aptariamas polinkio kampas su didžiausia metine bendra spinduliuote.
Kodėl mums reikia optimalaus pasvirimo kampo?
Optimalus pakreipimo kampas visų pirma skirtas gauti daugiau saulės spinduliuotės. Jei fotovoltinė matrica pakreipta, skirtingi saulės kritimo kampai lems skirtingą įprastos saulės spinduliuotės kiekį, gaunamą ploto vienete. Kuo didesnis kritimo kampas (kampas, statmenas fotovoltinės matricos normaliajai), tuo mažiau gaunama normali saulės spinduliuotė (tam pačiam spinduliuotės įėjimui). Pakeitus fotovoltinės matricos polinkio kampą, pasikeis saulės kritimo kampas, taip paveikdamas jos spinduliuotės priėmimą. Todėl, atliekant teorinius skaičiavimus, reikia gauti optimalų polinkio kampą, pagrįstą metiniu spinduliuotės priėmimu.
Saulės spinduliuotę gaunančio komponento schema
Praktiškai projektuojant optimalų pasvirimo kampą, taip pat būtina atsižvelgti į tokius veiksnius kaip projekto statybvietės geografinė ir gamtinė aplinka. Pasvirimo kampo poveikis sniego slydimui; Pasvirimo kampo pokyčių įtaka komponentų vėjo slėgiui ir sniego slėgio atsparumui; Kartu būtina atsižvelgti į šių veiksnių įtaką fotovoltinių kronšteinų medžiagų parinkimui ir pamatų svoriui, taip pat atstumo tarp priekinės ir galinės eilių pokyčius, atsiradusius dėl pernelyg didelių kampų, o tai didina žemės sąnaudas.
Kaip apskaičiuoti optimalų pasvirimo kampą?
Apskaičiuojant optimalų pasvirimo kampą, reikia vietinės platumos ir ilgumos, kad būtų galima nustatyti saulės aukštį ir azimutą kiekvienu momentu, o metinių vidutinių spinduliuotės duomenų per daugelį metų nustatyti vietinės saulės spinduliuotės charakteristikas. Remiantis radiacijos duomenimis ir platumos bei ilgumos skaičiavimais, kaupiamas metinis suminis fotovoltinių matricų su skirtingais pasvirimo kampais spinduliuotės priėmimas, o optimaliu pasvirimo kampu parenkamas pasvirimo kampas, turintis didžiausią metinę suminę spinduliuotę. Paprastai tokia programinė įranga kaip PVsyst gali būti naudojama norint patogiai ir greitai apskaičiuoti optimalų pasvirimo kampą.
Norint palyginti skirtingų pasvirimo kampų įtaką energijos gamybai, patartina naudoti vieną kintamąjį palyginimą. Tačiau apskritai tos pačios elektrinės komponento polinkio kampas yra toks pat kampas ir orientacija, o lyginant elektrines skirtinguose regionuose yra daug įtakojančių veiksnių. Todėl manoma, kad jai demonstruoti reikia naudoti PV sistemos projektavimo programinę įrangą. Jos programinės įrangos meteorologiniai duomenys gaunami iš NASA ir Meteonorm meteorologinių duomenų bazių, o atlikus faktinius skaičiavimus, jos tikslumas siekia net 99%, o tai yra tinkama nuoroda.
Kokie pagrindiniai veiksniai turi įtakos:
Platuma ir sezonas:Nustatykite pokrypį ir orientaciją pagal vietos platumą ir sezoninius pokyčius, kad fotovoltiniai moduliai galėtų gauti maksimalią saulės spinduliuotę. Paprastai tariant, šiauriniame pusrutulyje polinkio kampas gali būti nustatytas kaip platumos kampas minus 10–15 laipsnių, o orientacija gali būti nustatyta kaip tiesiai į pietus.
Saulės aukščio kampas:Saulės aukščio kampas reiškia saulės aukštį danguje, kuris kinta priklausomai nuo laiko ir sezonų. Ištyrus saulės aukščio kampo pokyčius, pasirinkus polinkį ir orientaciją, fotovoltiniai moduliai gali priimti didžiausią saulės spinduliuotę skirtingais laikotarpiais.
Šešėlių okliuzija:Šešėlių okliuzija gali sumažinti fotovoltinių modulių energijos gamybos efektyvumą. Renkantis nuolydį ir orientaciją, būtina atsižvelgti į pastatų, medžių ar kitų objektų sukeliamą šešėlį. Venkite šešėlinių kliūčių arba ją sumažinkite, kad pagerintumėte fotovoltinių elektrinių energijos gamybos efektyvumą.
Temperatūros efektas:Dėl aukštos temperatūros gali sumažėti fotovoltinių modulių efektyvumas. Tinkamas nuolydis ir orientacija gali padėti išsklaidyti šilumą iš komponentų ir sumažinti temperatūros poveikį energijos gamybos efektyvumui.
Žemės panaudojimas:Renkantis nuolydį ir orientaciją, atsižvelkite į fotovoltinės elektrinės žemės panaudojimą. Nustatykite tinkamą nuolydį ir orientaciją pagal turimą žemę arba pastato plotą, kad pasiektumėte maksimalų energijos gamybos efektyvumą.
Optimizuokite fotovoltinių modulių pasvirimo kampą ir orientaciją, kad pagerintumėte fotovoltinių sistemų energijos gamybos efektyvumą.
Pasvirimo kampo optimizavimas:
Sezoninis koregavimas:Sureguliuokite fotovoltinių modulių pasvirimo kampą pagal sezoninius vietos pokyčius. Žiemą tinkamai padidinus pasvirimo kampą, gali padidėti kontaktinis plotas tarp fotovoltinės plokštės ir tiesioginių saulės spindulių, o žiemą – energijos gamybos efektyvumas; Vasarą pasvirimo kampas sumažinamas, kad būtų sumažintas galimas fotovoltinių plokščių perkaitimas dėl tiesioginių saulės spindulių esant aukštai temperatūrai.
Platumos koregavimas:Pagal vietos platumą nustatykite optimalų pasvirimo kampą. Paprastai tariant, maždaug 15 laipsnių atėmimas iš platumos kampo yra pagrįstas polinkio nustatymas, leidžiantis fotovoltiniams moduliams gauti maksimalią saulės spinduliuotės energiją.
Optimizavimo link:
Orientacija į pietus:Šiauriniame pusrutulyje fotovoltiniai moduliai yra nukreipti į pietus, kad maksimaliai padidintų saulės spinduliuotės priėmimą. Orientacija į pietus užtikrina, kad fotovoltiniai moduliai didžiąją laiko dalį gautų maksimalų saulės spindulių poveikį.
Rytų Vakarų orientacija:Kai kuriose situacijose, kai reikia subalansuoti elektros energijos gamybą ryte ir po pietų, fotovoltiniai moduliai yra orientuoti į abi puses, didinant elektros energijos gamybą per pasvirusią saulę ryte ir vakare.
Stebėjimo sistema:Naudokite sekimo sistemą, kad automatiškai sureguliuotumėte fotovoltinių modulių orientaciją pagal saulės judėjimą, maksimaliai padidindami saulės spinduliuotės priėmimą. Sekimo sistemos paprastai skirstomos į du tipus: vienos ašies sekimą ir dviejų ašių sekimą. Dviejų ašių sekimas gali tiksliau sekti saulės judėjimą, tačiau kaina yra didesnė.
Šešėlių analizė ir optimizavimas:
Venkite šešėlių:Stenkitės, kad fotovoltiniai moduliai neužstotų aplinkinių pastatų, medžių ir kitų objektų šešėlių, užtikrindami, kad fotovoltiniai moduliai visą dieną galėtų gauti saulės spindulių.
Reguliariai genėkite medžius:Reguliariai apkarpykite aplinkinius medžius, kad sumažintumėte šešėlių poveikį fotovoltiniams moduliams.
Šešėlių analizės ir optimizavimo metodai yra labai svarbūs projektuojant ir eksploatuojant fotovoltines elektrines.
Ar optimalus pasvirimo kampas fiksuotas ir nekinta? Ar tikrai fotovoltinės elektrinės gaus didžiausias pajamas esant optimaliam pasvirimo kampui?
Optimalus pakreipimo kampas reiškia didelį spinduliuotės priėmimą, tačiau tai taip pat reiškia gana didelį plotą. Pavyzdžiui, ribotoje aikštelės teritorijoje, mažėjant optimaliam pasvirimo kampui, instaliuota galia toliau didės. Sumažinus pasvirimo kampą sumažės energijos gamyba, o padidinus instaliuotą galią – padidės energijos gamyba. Todėl reikia atlikti tolesnius techninius ir ekonominius palyginimus, pagrįstus išorinėmis sąlygomis, siekiant nustatyti, kuris pasvirimo kampas galiausiai duoda didžiausią grąžą. Bendrojo cementinio plokščio stogo montavimo kampas rekomenduojamas didesnis nei 10 laipsnių, o tai naudinga savaiminiam lietaus vandens komponentų išsivalymui.
Optimalus energijos gamybos pasvirimo kampas nėra fiksuotas, iš tikrųjų jis yra glaudžiai susijęs su masyvo atstumu. Kuo didesnis masyvo atstumas, tuo optimalaus energijos generavimo pasvirimo kampo vertė yra artimesnė optimaliam spinduliuotės pasvirimo kampui. Teoriškai, jei atstumas yra pakankamai didelis, kad nebūtų kliūčių ištisus metus, abiejų reikšmės yra vienodos.
Dėl klimato neapibrėžtumo, remiantis istoriniais duomenimis, optimalus polinkio kampas gali būti vadinamas tik santykiniu optimaliu pasvirimo kampu. Pirma, optimalus polinkio kampas skiriasi priklausomai nuo istorinių radiacijos duomenų. Yra keletas skirtumų tarp optimalaus pasvirimo kampo, apskaičiuoto naudojant 5-metų istorinius duomenis ir 10-metų istorinius duomenis; Antra, istoriniai vidutiniai duomenys rodo didelę vietinės spinduliuotės charakteristikų tikimybę, tačiau tam tikrais metais tai nebūtinai yra optimalus pasirinkimas.
Santrauka:
(1) Optimalus pasvirimo kampas yra susijęs su vietine geografine platuma. Geografinei platumai palaipsniui didėjant link Žemės ašigalių, kurių atskaitos taškas yra pusiaujas, palaipsniui didėja ir atitinkamas optimalus polinkio kampas.
(2) Kai pasvirimo kampas padidėja nuo horizontalaus (0 laipsnio ) iki optimalaus pasvirimo kampo, atitinkamai padidėja paviršiaus gaunamos spinduliuotės kiekis, o didžiausias spinduliuotės kiekis gaunamas pasiekus optimalų pakreipimo kampą. ; Toliau didėjant pasvirimo kampui, jo paviršiaus gaunamos spinduliuotės kiekis vėl pradeda mažėti, o tai atitinka laipsnišką energijos gamybos mažėjimą.
(3) Spinduliuotės įtaka energijos gamybai yra santykinai maža, kai pasvirimo kampas yra ± 5 laipsnių nuo optimalaus pasvirimo kampo.
(4) Atsižvelgiant į įrengimo vietos sąlygas ir plano ekonominį pagrįstumą, reikia visapusiškai įvertinti, ar suprojektuoti optimalų pasvirimo kampą, ir jis neturėtų būti aklai projektuojamas.
(5) Optimizavus atstumą ir pasvirimo kampą, galima žymiai pagerinti elektrinės ekonomiškumą ir energijos gamybą.