一般来说,需要根据安装地区的信息进行设计,而且经常会选择比安装地点的纬度
角大20°左右的倾角。比如说,南半球某处的纬度是37.8°S,那么初次近似得到的倾角就应该是37.8°+ 20° = 57.8°,面北。
表4.1南半球某处投射在水平面上的月平均直射/漫射日照数据
4、第四步——日照。首先获取该地的日照数据,然后计算出落在太阳能板斜面上
的日照量。
从表4.1得出,在一月份
S = 629 mWh/cm2 D = 210 mWh/cm2
因此,在倾角为57.8°的平面上,通过公式可得出,直射光为
S57.8 = 629 sin (α+57.8) / sinα
δ= 23.45°×sin [(15-81)×360/365] =﹣21.3°
α = 90 -37.8 - δ
在上式中我们选择一月中旬的一天(如一年中的第15天,即d = 15)代入,因此
α = 73.5 ° S57.8 = 493 mWh/cm2
而投射到阵列上的总日照辐射(直射+漫射)就是
R = S57.8 + D = 703 mWh/cm2
当然,此处假设漫射D不会随倾角的增减而变化。在倾角不是很大的情况设置这样的假设还是合理的。
从表得出,在六月
d = 166
δ = 23.45°×sin [(166-81)×360/365] =﹣23.3°
α = 28.9°
S57.8 = 629 sin (a+57.8) / sinα = 345 mWh/cm2
R = S57.8 + D = 424 mWh/cm2
5、第五步——阵列面积的初步计算
① 阵列面积可初步估算为5×4.17 = 20.9Ap(Ap为峰值电流)
② 算出每月输出电能换算成A(采用Ah估算即可),亚利桑那州的一个研究报告
指出(Hammond,1997)[18],对垂直于太阳安装的组件而言,两次雨水冲刷间由尘泥覆盖引起的能量损失最大为3%,并且会随着入射角的增加而增大。灰尘会降低太阳能板的能量输出,这部分一般记作作10%的遮光损失。例如,在一月份:
703mWh/cm2×0.9×31d×20.9A/100 mWh/cm2 = 4100Ah。
③ 将每月负载用电量换算成B,同时需包括蓄电池漏电的损耗(可估算为3%)。
以一月份为例,用电量是:(4.17A×24d×31d)+(0.03×1500A)= 3147Ah上式中我们
假设蓄电池最初为满电状态。
④ 通过每月发电量②和每月用电量③的差,求出当月月底蓄电池的剩余电量。 ⑤ 对其他月份重复②~④的计算。
6、第六步——优化光伏阵列倾角
保留太阳能板面积不变,对光伏阵列倾角作以微调,然后重复上述第四步,以及第五步的②~⑤,直到将蓄电池放电深度最小化为止。这样可以得到最优化的光伏阵列倾角。
7、第七步——优化阵列面积
确定了最佳倾角后,通过不断调整阵列面积,重复第五步 ②~⑤得计算,以得出最优化的蓄电池放电深度。其理想值介于蓄电池总容量的50%的±2%之间。比如说,一个容量为1500Ah的蓄电池,它的最大放电深度应该控制在720~780Ah之间。
8、第八步——对设计加以总结。
表4.2太阳能板倾角为57.8°各月月底蓄电池的剩余用电量
表格中A为每月的输出电能,B为每月负载用电量。A-B为当月月底蓄电池的剩余用电量。
表格中5、6、7、8月月底蓄电池剩余电量之和为-1640Ah。而例题中给出的蓄电池
的容量为1500Ah无法满足该地区冬季的用电量。因此下两节将重点对太阳能电池板倾角进行分析和对蓄电池容量进行优化。
致 谢
非常感赵老师,赵老师在我大学的学习阶段——设计阶段给我的指导。从最初的选题、资料收集、构思、写作、修改。赵老师给了我耐心的指导和无私的帮助。在论文写作过程中周老师倾注了大量的心血,严格把关,一遍又一遍的指出具体问题,循循善诱,在此我表示衷心感谢。!
最后,衷心的感谢在百忙之中参加论文审阅的专家和老师。
参考文献
[1] 李安定.太阳能光伏发电系统工程.北京工业大学出版社.2001.
[2] 车孝轩.太阳能光伏电源系统概论.武汉大学出版社.2006.
[3] 李俊峰.中国光伏发电商qk化发展报告IM].中国环境科学}n 版社,2001.