淺談光伏設計中的太陽相關計算

1、<p>　　淺談光伏設計中的太陽相關計算</p><p>　　摘要：介紹與太陽能發(fā)電相關的幾個主要太陽參數(shù)計算方法以及各數(shù)據(jù)選擇的原則。 </p><p>　　關鍵詞：光伏設計、太陽高度角、方位角、設計軟件 </p><p>　　中圖分類號： S611 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　1 前言

2、</b></p><p>　　近年來國內太陽能行業(yè)發(fā)展迅猛，每年數(shù)GWp項目陸續(xù)并網，新能源設計院、室紛紛成立，許多院校、培訓機構也開始了太陽能設計專項培訓，無數(shù)行業(yè)內總承包企業(yè)、原先從事其他行業(yè)設計的設計院、所也開展了很多相關項目施工圖設計，各種公式使用較多，筆者整理相關設計，并結合自身設計經驗，將實際設計中較準確、使用較多的公式整理并結合太陽能設計進行解釋。希望能夠給行業(yè)從業(yè)人員給予幫助。 <

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

4、位角，另外對于固定支架系統(tǒng)設計，通常取每日太陽在天空中軌跡的中點作為板面朝向，這樣可以平均獲得非直射時段（上午、下午）太陽輻射，因此通常系統(tǒng)會選擇當?shù)卣鐣r分太陽位置作為板面朝向，這樣我們還需要了解晝長數(shù)據(jù)。 </p><p>　　當然，晝長數(shù)據(jù)我們需要任意年、任意天的數(shù)據(jù)，太陽高度角、方位角我們也需要任意年、月、日的任意時刻數(shù)據(jù)。 </p><p><b>　　3 主要計算方法

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

6、p><p>　　因赤緯值日變化很小，一年內任何一天的赤緯角δ可用下式計算： </p><p>　　sinδ=0.39795cos[0.98563(N-173)]【公式1】 </p><p>　　或δ=23.45sin[360×（284+n）/365]。【公式2】 </p><p>　　式中：N為日數(shù)，自1月1日開始計算。 </p&

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

8、觀測地地理 </p><p>　　緯度用φ表示，地方時(時角)以ω表示，有太陽高度角的計算公式： </p><p>　　sin h＝sin φ sin δ＋cos φ cos δ cosω【公式3】 </p><p>　　日升日落，同一地點一天內太陽高度角是不斷變化的。日出日落時角度都為零度，正午時太陽高度角最大。 </p><p>　　正午

9、時時角為0，以上公式可以簡化為： </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>　　對于北半球而言，H＝90°－(φ－δ)；【公式6】 </p><p>　　對于南半球而方，H＝90°－(δ－φ)?！竟?】 </p><p>　　我們光伏支架板面的朝向就決定于太陽高度角，太陽高度角在地平線之間和天頂之間擺動，對于不同緯度地區(qū)范圍不同，因此組件支架朝向有不同范圍。

11、 </p><p>　　3.3 太陽方位角 </p><p>　　太陽方位角即太陽所在的方位，指太陽光線在地平面上的投影與當?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和太陽的連線在水平面上的投影和正北方的夾角，正北方為零度，順時針為正方向）。方位角以正南方向為零，由南向東向北為負，由南向西向北為正，如太陽在正東方，方位角為-

12、90°，在正東北方時，方位為-135°，在正西方時方位角為90°，在正北方時為±180°。 </p><p><b>　　【公式8】 </b></p><p>　　式中：γs指太陽方位角，ω指時角，δ指赤緯角，h指太陽高度角。 </p><p>　　以上各參數(shù)僅僅為相關計算中基本的幾個數(shù)據(jù)，實際

13、在太陽運行以及光伏系統(tǒng)設計中使用數(shù)據(jù)非常多，比如：晝長、日出日落時角、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實際設計中上述數(shù)據(jù)選用方法 </p><p>　　很多設計人員會在選擇支架方向、傾角時選擇正南、當?shù)鼐暥茸鳛榻茢?shù)據(jù)，但是實際每個地方的輻射數(shù)據(jù)并不全是太陽位置所決定，很多還跟當?shù)睾０巍⒃屏?、雨季、浮沉季?jié)等氣候特點密切相關，因此實際

14、計算并不是當?shù)鼐暥染鸵欢ㄊ亲罴褍A角。需要根據(jù)實際氣象資料進行詳細測算。 </p><p>　　因此，應當采用當?shù)囟嗄昶骄鶜庀筚Y料、經緯度數(shù)據(jù)、海拔數(shù)據(jù)、采用不同的支架傾角、方位角來進行綜合測算，以測算得到的發(fā)電量數(shù)據(jù)為依據(jù)，來選擇支架傾角、朝向。 </p><p>　　當然這樣計算工作量非常大，無法做到快速計算，因此，很多企業(yè)、設計院都采用編制設計軟件或者在excel中設定好算法、公式，來

15、縮減計算時間。 </p><p>　　推薦幾種比較知名的軟件，比如：PVsyst、Retscreen等，網上也有相關下載，大家可以去使用，但是這些軟件自身數(shù)據(jù)庫、以及算法并不見得適合實際使用情況，因此還要靠大家自身的專業(yè)知識來判斷、選擇。 </p><p><b>　　5 總結 </b></p><p>　　本文僅是就光伏相關的幾個太陽參數(shù)計算

16、提供了較準確、可供設計使用的一些公式，并結合實際設計提出了參數(shù)選擇方法，希望對廣大設計人員能有幫助。 </p><p>　　另外，以上公式僅為主要公式，實際在天文相關計算中，對于太陽各參數(shù)的計算非常嚴謹，通常要計算真太陽時、儒略日、黃赤交角、太陽平黃經、太陽近點角、真近點角、視黃經、太陽地心視赤緯等進行計算，還要進行修正，相當復雜，希望有機會和大家分享。 </p><p><b>