一種提高轉換效率的太陽能電池板傾斜角選取方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及太陽能發電領域，具體設及一種提高轉換效率的太陽能電池板傾斜角 選取方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著能源、環境問題的日益突出化及電力市場改革的深入，可再生能源發 電在全球范圍內迅速發展。開發利用W太陽能為代表的可再生能源已經成為世界的共識 和迫切愿望。據國際權威機構的預測，2050年，可再生能源在全球能源結構中的比例將超 過50%。其中直接利用太陽能的比例將達到14%左右[1]。現代社會文明與電能緊密相 連，人們的生活已經離不開電能。太陽能光伏發電作為新的可再生能源其碳排放量只有 火電的1/5,已經成為世界新能源研究的熱點和方向，全球光伏發電裝機容量正在W每年 15%-30%的速度快速增長。但是，目前太陽能發電效率較低，單位電價成本很高。人們正在 努力攻克光伏發電轉換效率較低的問題，主要集中在材料領域的研究，目前單（多）晶娃電 池、薄膜方面已經取得了較大進展。目前單晶娃電池的轉換效率為14% -17%;多晶娃電池 的轉換效率為12 % -15 %;薄膜電池的轉換效率為6 % -8. 5 %，近兩年內可達到10 % -12 %， 5年內有望達到18%。
[0003] 影響光伏發電效率的因素除轉化材料外，電池板傾斜角也是其主要因素之一。當 太陽光線垂直射入光伏電池板表面時，可接收最大的太陽福射，最大化地利用太陽能。目前 太陽能光伏電站光伏組件方陣（太陽能電池板）的安裝主要有兩種安裝方式，一是固定式 安裝，太陽能電池面板的方向是固定不變的；二是安裝跟蹤系統，使電池面板的方向跟隨太 陽轉動，始終使太陽光線垂直射入光伏組件方陣表面，電池板可接收到最大的太陽福射。顯 然，有跟蹤系統的太陽能光伏電站光伏組件能更有效地利用太陽能，但因跟蹤裝置復雜難 實現，且投資成本和維護成本都很高，目前安裝跟蹤系統的光伏電站很少，或即使安裝了在 運行中也沒有使用，已投運或即將投運的光伏電站大多是固定式安裝或實際運行中未使用 跟蹤系統。相關資料表明，一些投運的固定式光伏電站很少或沒有對太陽能電池板傾斜角 進行調整，或者傾斜角設置不合理，普遍對其提高轉換效率的意識不足，沒能很好地最大化 利用太陽能。
[0004] 目前，安裝太陽能電池板基本上采用的是固定式安裝方法，由于無法確定比較合 理的電池板傾斜角，安裝的時候往往憑經驗和感覺，隨著太陽的直射角度的不斷變化，太陽 能利用率往往較低。因此，急需一種優化電池板傾斜角度的方法，W提高轉化效率，降低太 陽能發電成本。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種提高轉換效率的太陽能電池板傾斜角選取方法，解決 目前的太陽能電池板安裝方法導致光伏發電轉換效率不高，太陽能利用率較低的問題。
[0006] 本發明為實現上述目的，采用W下技術方案實現：
[0007] 一種提高轉換效率的太陽能電池板傾斜角選取方法，包括W下步驟：
[000引 （a)獲取與太陽光線垂直的地表的太陽福射強度；
[0009] 化）計算太陽能電池板傾斜面的太陽福射強度；
[0010] (C)計算太陽能電池板傾斜面在一天內有效日照在H個小時內的太陽福射強度， 其中0蘭H蘭24 ;
[0011] (d)計算太陽能光伏陣列日發電量；
[0012] (e)求取太陽能電池板的最佳傾斜角。
[0013] 進一步地，作為優選方案，所述步驟（a)的具體過程為：
[0014] (al)計算日地距離修正系數r，距離1月1日第n天的日地距離修正系數為：
[00 巧]
(1)
[0016] (a2)計算大氣質量m ;
[0017]
(2)
[001引式中，h為太陽高度角；Z為觀察點的海拔高度；P(z)為觀察點的大氣壓，W化表 示；
[0019] (a3)計算與太陽光線垂直的地表的太陽福射強度I。：
[0020] 1。= rl 曰cP-做
[0021] 式中，為太陽常數，即平均日地距離時地球大氣上屆垂直于太陽光線表面的單 位面積上單位時間內所接收的太陽福射能，其參考值為1,。= (1367±7)W/m2;r為式（1)所 示的日地距離修正系數；P為大氣透明系數；m為式（2)所示的大氣質量。
[0022] 大氣透明系數是表征大氣透明度的特征量，是指透過一個大氣質量的透射福射與 入射福射之比。當太陽位于天頂時，在大氣上界的福射通量為S0,而到達地面的為S，則S/ so = p，p即為大氣透明系數。它表明福射通過大氣后的削弱程度。不同波長的削弱不同， P僅表征對各種波長的平均削弱情況，例如P = 0. 8,表示平均削弱了 20%。大氣的透明系 數取決于所含水汽、水汽凝結物和塵埃雜質的多少，該些物質愈多，透明度愈差，透明系數 愈小，太陽福射被削減愈多；反之，大氣愈干潔，透明度愈好，透明系數愈大，太陽福射被削 弱愈少。可在文獻上查到我國各地大氣透明系數。
[0023] 進一步地，作為優選方案，所述步驟化）的具體過程為：
[0024] 化1)計算太陽時心
[0025] 我國境內任何地區的太陽時h,可用下式計算
[0026]
(4)
[0027] 式中，L,。為觀察點所在地的經度；E為太陽時和鐘表時之間的時差；
[002引 化2)計算太陽時角0h;
[0029] 目 h=15(12-h 曰）(5)
[0030] 式中，h為太陽時；
[0031] 化3)計算太陽福射光線射入角0 ;
[0032] 在不計太陽方位角，即W正午時分為準（方位角丫 = 0)，且太陽能電池板面向赤 道（北半球面向正南，南半球面向正北），太陽福射光線的射入角為
[0033] cos 0 = sin (少一/?)siru、. + cos(少一/?)cos <)'cos 0/, (6)
[0034] 式中，口為當地紳度；e為太陽能電池板的傾斜角；S為太陽赤紳角，即太陽直射 點的紳度，反映一年四季地球接收太陽光的不同位置；e h為太陽時角。
[0035] 化4)太陽能電池板傾斜面的太陽福射強度
[0036] 由下式可得電池板傾斜面上的太陽福射強度I。。為
[0037] Icn=Incos 白=rIscPm cos 白（7)
[003引式中，0為太陽福射光線的射入角，即太陽福射光線與電池板傾斜面法線之間夾 角。
[0039] 進一步地，作為優選方案，所述步驟（C)的具體過程為：
[0040] (cl)計算太陽能電池板傾斜面在t時段內的太陽福照度Ha:
[0041]
C8)
[00創（礎一天內有效日照H小時數內的太陽福照度Hw為
[0043]
(9)
[0044] 進一步地，作為優選方案，所述步驟（d)的具體過程為：
[0045] 由日太陽福照度和光伏陣列的標稱容量，可求得太陽能光伏陣列的日發電量
[0046] Apd= H Ad ? K ?Pas(kWh/d) (10)
[0047] 式中，K為綜合設計系數，綜合設計系數是多項修正系數的綜合，如入射量修正系 數、太陽能電池轉換效率修正系數等與光伏電池板性能有關的修正系數，可在光伏電池板 手冊上查到。Pas為標準狀態（AM為1. 5,日照強度為IkW/m2,太陽能電池單元溫度為25度） 下太陽能光伏陣列的輸出功率（kW)，AM1. 5就是光線通過大氣的實際距離為大氣垂直厚度 的1. 5倍，其實就是光通過大氣有衰減，所W定義一個距離而已。
[0048] 進一步地，作為優選方案，所述步驟（e)的具體過程為：
[0049] (el)根據全年最大太陽福照度，得到優化目標函數為
[(K)加]
[0化1] 其中，0為當地紳度，0為太陽能電池板的傾斜角；5為太陽赤紳角，即太陽直射 點的紳度，反映一年四季地球接收太陽光的不同位置；0 M為太陽時角，P為大氣透明系數， m為大氣質量，Hay為全年太陽福射強度；
[005引（礎通過式（11)計算出％最大時的傾斜角0，該傾斜角0即為太陽能電池板 的全年最佳傾斜角0。。。
[0053] 進一步地，作為優選方案，還包括計算全年兩個時間段內不同的最佳傾斜角，具體 步驟如下：
[0054] (fl)通過式（2)計算春分、夏至、秋分和冬至四個時間節點的大氣質量指數，春 季、夏季、秋季、冬季的大氣質量指數對應等于春分、夏至、秋分和冬至四個時間節點的大氣 質量指數；
[005引（切考慮到太陽時角的影響不大，一年四季太陽時h滿取為12,由式妨可得太 陽時角