Η ραγδαία ανάπτυξη της εγχώριας βιομηχανίας φωτοβολταϊκών οδήγησε σε σημαντική αύξηση της κλίμακας και της ποσότητας των φωτοβολταϊκών σταθμών. Η συνεχής ανάπτυξη και η ωριμότητα της βιομηχανίας έχουν επίσης δημιουργήσει υψηλότερες απαιτήσεις για το σχεδιασμό των σταθμών παραγωγής ενέργειας. Ο προηγούμενος εκτενής σχεδιασμός δεν μπορεί πλέον να καλύψει τις σημερινές ανάγκες ανάπτυξης. Ο εκλεπτυσμένος σχεδιασμός των φωτοβολταϊκών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής απαιτεί κάθε λεπτομέρεια για τη βελτίωση της απόδοσης του συστήματος του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής προκειμένου να κερδίσει την αναγνώριση των ιδιοκτητών και των επενδυτών.
Κατά τη διαδικασία κατασκευής και εγκατάστασης φωτοβολταϊκών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, διαφορετικές τεχνολογίες φωτοβολταϊκών και σχεδιασμοί συστημάτων έχουν διαφορετικές απαιτήσεις για γωνία κλίσης και προσανατολισμό. Για να εξασφαλιστεί το καλύτερο αποτέλεσμα παραγωγής ενέργειας, αναφέρεται συχνά η "βέλτιστη γωνία κλίσης". Ποια είναι η βέλτιστη γωνία κλίσης;
Η γωνία μεταξύ της επιφάνειας του φωτοβολταϊκού στοιχείου και του επιπέδου του εδάφους ονομάζεται γωνία κλίσης. Η Γη περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο και μέσα σε μια περίοδο περιστροφής, το σημείο του άμεσου ηλιακού φωτός στη Γη κινείται πέρα δώθε μεταξύ του Τροπικού του Καρκίνου και του Τροπικού του Αιγόκερω. Έτσι, η συνολική ποσότητα ακτινοβολίας που δέχεται το επίπεδο επιφάνειας των φωτοβολταϊκών μονάδων ποικίλλει υπό διαφορετικές γωνίες κλίσης. Κατά το σχεδιασμό σταθμών παραγωγής ενέργειας, γενικά αναφερόμαστε στα ιστορικά δεδομένα της σωρευτικής ακτινοβολίας σε διαφορετικές γωνίες κλίσης κατά τη διάρκεια του έτους και επιλέγουμε τη γωνία με την υψηλότερη ακτινοβολία ως βέλτιστο σχεδιασμό γωνίας κλίσης.
Σύμφωνα με τον "Κώδικα σχεδίασης για φωτοβολταϊκούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας" GB 50797-2012, η βέλτιστη γωνία κλίσης ορίζεται ως η μέγιστη ετήσια συνολική ακτινοβολία. Εάν η σταθερή φωτοβολταϊκή συστοιχία δέχεται τη μέγιστη ετήσια συνολική ακτινοβολία στην κεκλιμένη επιφάνεια σε αυτή τη γωνία κλίσης, τότε η γωνία κλίσης ονομάζεται βέλτιστη γωνία κλίσης (αντί για την υψηλότερη ετήσια παραγωγή ενέργειας). Ωστόσο, σε ορισμένα σενάρια, η βέλτιστη γωνία κλίσης μπορεί επίσης να είναι η γωνία κλίσης που αντιστοιχεί στην υψηλότερη ετήσια παραγωγή ενέργειας, η γωνία κλίσης που αντιστοιχεί στην υψηλότερη απόδοση, η γωνία κλίσης που αντιστοιχεί στην υψηλότερη μηνιαία παραγωγή ενέργειας και άλλες βέλτιστες γωνίες κλίσης που υπολογίζονται κάτω από διάφορες περιοριστικές συνθήκες. Αυτό το άρθρο εξετάζει κυρίως τη γωνία κλίσης με την υψηλότερη ετήσια συνολική ακτινοβολία.
Γιατί χρειαζόμαστε τη βέλτιστη γωνία κλίσης;
Η βέλτιστη γωνία κλίσης έχει σχεδιαστεί κυρίως για να δέχεται περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία. Για μια κεκλιμένη φωτοβολταϊκή συστοιχία, οι διαφορετικές γωνίες πρόσπτωσης του ήλιου σε αυτήν θα έχουν ως αποτέλεσμα διαφορετικές ποσότητες κανονικής ηλιακής ακτινοβολίας που λαμβάνεται ανά μονάδα επιφάνειας. Όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία πρόσπτωσης (η γωνία κάθετη στην κανονική της φωτοβολταϊκής συστοιχίας), τόσο λιγότερο κανονική ηλιακή ακτινοβολία λαμβάνεται (για την ίδια είσοδο ακτινοβολίας). Η αλλαγή στη γωνία κλίσης της φωτοβολταϊκής συστοιχίας θα προκαλέσει αλλαγή στη γωνία πρόσπτωσης του ήλιου, επηρεάζοντας έτσι τη λήψη ακτινοβολίας του. Επομένως, είναι απαραίτητο να ληφθεί η βέλτιστη γωνία κλίσης με βάση την ετήσια λήψη ακτινοβολίας μέσω θεωρητικών υπολογισμών.
Σχηματικό διάγραμμα εξαρτήματος που δέχεται ηλιακή ακτινοβολία
Κατά τη διαδικασία σχεδιασμού της βέλτιστης γωνίας κλίσης στην πράξη, είναι επίσης απαραίτητο να ληφθούν υπόψη παράγοντες όπως το γεωγραφικό και φυσικό περιβάλλον του εργοταξίου του έργου. Η επίδραση της γωνίας κλίσης στην ολίσθηση του χιονιού. Η επίδραση των αλλαγών στη γωνία κλίσης στην πίεση του ανέμου και την αντίσταση στην πίεση του χιονιού των εξαρτημάτων. Ταυτόχρονα, είναι απαραίτητο να εξεταστεί ο αντίκτυπος αυτών των παραγόντων στην επιλογή των υλικών των φωτοβολταϊκών βραχιόνων και στη στάθμιση της θεμελίωσης, καθώς και στις αλλαγές στην απόσταση μεταξύ της μπροστινής και της πίσω σειράς που προκαλούνται από υπερβολικά υψηλές γωνίες, γεγονός που αυξάνει το κόστος γης.
Πώς να υπολογίσετε τη βέλτιστη γωνία κλίσης;
Ο υπολογισμός της βέλτιστης γωνίας κλίσης απαιτεί το τοπικό γεωγραφικό πλάτος και μήκος για τον προσδιορισμό του υψομέτρου και του αζιμουθίου του ήλιου σε κάθε στιγμή, καθώς και τα δεδομένα μέσης ετήσιας ακτινοβολίας για πολλά χρόνια για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών της τοπικής ηλιακής ακτινοβολίας. Με βάση τα δεδομένα ακτινοβολίας και τους υπολογισμούς γεωγραφικού πλάτους και μήκους, συσσωρεύεται η ετήσια συνολική λήψη ακτινοβολίας φωτοβολταϊκών συστοιχιών με διαφορετικές γωνίες κλίσης και η γωνία κλίσης με την υψηλότερη ετήσια συνολική ακτινοβολία επιλέγεται ως η βέλτιστη γωνία κλίσης. Γενικά, λογισμικό όπως το PVsyst μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον βολικό και γρήγορο υπολογισμό της βέλτιστης γωνίας κλίσης.
Συνιστάται η χρήση μιας ενιαίας μεταβλητής σύγκρισης για τη σύγκριση της επίδρασης διαφορετικών γωνιών κλίσης στην παραγωγή ενέργειας. Αλλά γενικά, η γωνία κλίσης του ίδιου στοιχείου σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι η ίδια γωνία και προσανατολισμός, και υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν κατά τη σύγκριση των σταθμών παραγωγής ενέργειας σε διαφορετικές περιοχές. Ως εκ τούτου, θεωρείται ότι χρησιμοποιείται λογισμικό σχεδιασμού Φ/Β Συστήματος για την επίδειξή του. Τα μετεωρολογικά δεδομένα του λογισμικού του προέρχονται από τις μετεωρολογικές βάσεις δεδομένων της NASA και της Meteonorm και μέσω πραγματικών υπολογισμών, το ποσοστό ακρίβειάς του φτάνει το 99%, το οποίο είναι αξιοσημείωτο.
Ποιοι είναι οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν:
Γεωγραφικό πλάτος και εποχή:Προσδιορίστε την κλίση και τον προσανατολισμό με βάση το γεωγραφικό πλάτος και τις εποχιακές αλλαγές της θέσης, έτσι ώστε τα φωτοβολταϊκά στοιχεία να δέχονται την ηλιακή ακτινοβολία στο μέγιστο δυνατό βαθμό. Σε γενικές γραμμές, στο βόρειο ημισφαίριο, η γωνία κλίσης μπορεί να οριστεί ως γωνία γεωγραφικού πλάτους μείον 10 έως 15 μοίρες και ο προσανατολισμός μπορεί να οριστεί ως προς το νότο.
Ηλιακή γωνία υψομέτρου:Η γωνία ηλιακού υψομέτρου αναφέρεται στο ύψος του ήλιου στον ουρανό, το οποίο ποικίλλει ανάλογα με το χρόνο και τις εποχές. Μελετώντας τις αλλαγές στη γωνία ηλιακού υψομέτρου, επιλέγοντας την κλίση και τον προσανατολισμό, τα φωτοβολταϊκά στοιχεία μπορούν να δέχονται ηλιακή ακτινοβολία στο μέγιστο βαθμό σε διαφορετικές χρονικές περιόδους.
Απόφραξη σκιάς:Η απόφραξη σκιάς μπορεί να μειώσει την απόδοση παραγωγής ενέργειας των φωτοβολταϊκών μονάδων. Κατά την επιλογή της κλίσης και του προσανατολισμού, είναι απαραίτητο να λάβετε υπόψη τη σκίαση που προκαλείται από κτίρια, δέντρα ή άλλα αντικείμενα. Αποφύγετε ή ελαχιστοποιήστε το σκιερό εμπόδιο για τη βελτίωση της απόδοσης παραγωγής ενέργειας των φωτοβολταϊκών σταθμών παραγωγής ενέργειας.
Επίδραση θερμοκρασίας:Οι υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να οδηγήσουν σε μείωση της απόδοσης των φωτοβολταϊκών μονάδων. Η κατάλληλη κλίση και προσανατολισμός μπορεί να βοηθήσει στη διάχυση της θερμότητας από τα εξαρτήματα και να μειώσει τον αντίκτυπο των επιπτώσεων της θερμοκρασίας στην απόδοση παραγωγής ενέργειας.
Αξιοποίηση εδάφους:Κατά την επιλογή της κλίσης και του προσανατολισμού, λάβετε υπόψη την αξιοποίηση του εδάφους του φωτοβολταϊκού σταθμού. Προσδιορίστε την κατάλληλη κλίση και προσανατολισμό με βάση το διαθέσιμο χώρο γης ή κτιρίου για να επιτύχετε τη μέγιστη απόδοση παραγωγής ενέργειας.
Βελτιστοποιήστε τη γωνία κλίσης και τον προσανατολισμό των φωτοβολταϊκών μονάδων για να βελτιώσετε την απόδοση παραγωγής ενέργειας των φωτοβολταϊκών συστημάτων.
Βελτιστοποίηση γωνίας κλίσης:
Εποχιακή προσαρμογή:Ρυθμίστε τη γωνία κλίσης των φωτοβολταϊκών μονάδων σύμφωνα με τις εποχιακές αλλαγές στη θέση. Το χειμώνα, η κατάλληλη αύξηση της γωνίας κλίσης μπορεί να αυξήσει την περιοχή επαφής μεταξύ του φωτοβολταϊκού πάνελ και του άμεσου ηλιακού φωτός και να βελτιώσει την απόδοση παραγωγής ενέργειας το χειμώνα. Το καλοκαίρι, η γωνία κλίσης μειώνεται για να ελαχιστοποιηθεί η πιθανή υπερθέρμανση των φωτοβολταϊκών πάνελ που προκαλείται από το άμεσο ηλιακό φως κατά τη διάρκεια υψηλών θερμοκρασιών.
Ρύθμιση γεωγραφικού πλάτους:Προσδιορίστε τη βέλτιστη γωνία κλίσης με βάση το γεωγραφικό πλάτος της τοποθεσίας. Σε γενικές γραμμές, η αφαίρεση περίπου 15 μοιρών από τη γωνία γεωγραφικού πλάτους είναι μια λογική ρύθμιση κλίσης που επιτρέπει στα φωτοβολταϊκά στοιχεία να λαμβάνουν μέγιστη ενέργεια ηλιακής ακτινοβολίας.
Προς βελτιστοποίηση:
Προσανατολισμός προς τα νότια:Στο βόρειο ημισφαίριο, τα φωτοβολταϊκά στοιχεία είναι προσανατολισμένα προς το νότο για να μεγιστοποιήσουν τη λήψη της ηλιακής ακτινοβολίας. Ο νότιος προσανατολισμός διασφαλίζει ότι οι φωτοβολταϊκές μονάδες λαμβάνουν μέγιστη έκθεση στο ηλιακό φως για το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου.
Ανατολικός δυτικός προσανατολισμός:Σε ορισμένες περιπτώσεις όπου είναι απαραίτητο να εξισορροπηθεί η παραγωγή ενέργειας το πρωί και το απόγευμα, οι φωτοβολταϊκές μονάδες προσανατολίζονται και προς τις δύο κατευθύνσεις, αυξάνοντας την παραγωγή ενέργειας μέσω του κεκλιμένου ήλιου το πρωί και το βράδυ.
Σύστημα παρακολούθησης:Χρησιμοποιήστε ένα σύστημα παρακολούθησης για να προσαρμόσετε αυτόματα τον προσανατολισμό των φωτοβολταϊκών μονάδων ανάλογα με την κίνηση του ήλιου, μεγιστοποιώντας τη λήψη της ηλιακής ακτινοβολίας. Τα συστήματα παρακολούθησης χωρίζονται συνήθως σε δύο τύπους: παρακολούθηση μονού άξονα και παρακολούθηση διπλού άξονα. Η παρακολούθηση διπλού άξονα μπορεί να παρακολουθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια την κίνηση του ήλιου, αλλά το κόστος είναι υψηλότερο.
Ανάλυση σκιών και βελτιστοποίηση:
Αποφύγετε τις σκιές:Αποφύγετε την παρεμπόδιση των φωτοβολταϊκών μονάδων από τις σκιές των γύρω κτιρίων, των δέντρων και άλλων αντικειμένων, διασφαλίζοντας ότι οι φωτοβολταϊκές μονάδες μπορούν να δέχονται πλήρως το ηλιακό φως όλη την ημέρα.
Τακτικά κόψτε τα δέντρα:Κόβετε τακτικά τα γύρω δέντρα για να μειώσετε την επίδραση της σκιάς τους στα φωτοβολταϊκά πλαίσια.
Οι τεχνικές ανάλυσης σκιών και βελτιστοποίησης είναι ζωτικής σημασίας για το σχεδιασμό και τη λειτουργία των φωτοβολταϊκών σταθμών παραγωγής ενέργειας.
Είναι σταθερή και αμετάβλητη η βέλτιστη γωνία κλίσης; Είναι σίγουρο ότι οι φωτοβολταϊκοί σταθμοί θα έχουν τα υψηλότερα έσοδα στη βέλτιστη γωνία κλίσης;
Η βέλτιστη γωνία κλίσης σημαίνει υψηλή λήψη ακτινοβολίας, αλλά σημαίνει επίσης σχετικά μεγάλο αποτύπωμα. Για παράδειγμα, σε μια περιορισμένη περιοχή τοποθεσίας, καθώς μειώνεται η βέλτιστη γωνία κλίσης, η εγκατεστημένη χωρητικότητα θα συνεχίσει να αυξάνεται. Η μείωση της γωνίας κλίσης θα μειώσει την παραγωγή ενέργειας, ενώ η αύξηση της εγκατεστημένης ισχύος θα αυξήσει την παραγωγή ενέργειας. Επομένως, απαιτούνται περαιτέρω τεχνικές και οικονομικές συγκρίσεις με βάση τις εξωτερικές συνθήκες για να καθοριστεί ποια γωνία κλίσης αποφέρει τελικά τις υψηλότερες αποδόσεις. Η γωνία τοποθέτησης μιας γενικής επίπεδης οροφής από τσιμέντο συνιστάται να είναι μεγαλύτερη από 10 μοίρες, κάτι που είναι ευεργετικό για τον αυτοκαθαρισμό των εξαρτημάτων του βρόχινου νερού.
Η βέλτιστη γωνία κλίσης παραγωγής ενέργειας δεν είναι σταθερή, στην πραγματικότητα, σχετίζεται στενά με την απόσταση της διάταξης. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση της διάταξης, τόσο πιο κοντά είναι η τιμή της βέλτιστης γωνίας κλίσης παραγωγής ενέργειας στη βέλτιστη γωνία κλίσης ακτινοβολίας. Θεωρητικά, εάν η απόσταση είναι αρκετά μεγάλη ώστε να μην εμποδίζεται όλο το χρόνο, οι τιμές των δύο είναι οι ίδιες.
Λόγω της αβεβαιότητας του κλίματος, η βέλτιστη γωνία κλίσης μπορεί να αναφέρεται μόνο ως η σχετική βέλτιστη γωνία κλίσης βάσει ιστορικών δεδομένων. Πρώτον, η βέλτιστη γωνία κλίσης ποικίλλει ανάλογα με τα ιστορικά δεδομένα ακτινοβολίας. Υπάρχουν ορισμένες διαφορές μεταξύ της βέλτιστης γωνίας κλίσης που υπολογίζεται χρησιμοποιώντας 5-ιστορικά δεδομένα έτους και ιστορικά δεδομένα 10-χρόνων. Δεύτερον, τα δεδομένα ιστορικού μέσου όρου αντιπροσωπεύουν υψηλή πιθανότητα τοπικών χαρακτηριστικών ακτινοβολίας, αλλά για ένα δεδομένο έτος, μπορεί να μην είναι απαραίτητα η βέλτιστη επιλογή.
Περίληψη:
(1) Η βέλτιστη γωνία κλίσης σχετίζεται με το τοπικό γεωγραφικό πλάτος. Καθώς το γεωγραφικό πλάτος αυξάνεται σταδιακά προς τους πόλους της Γης με σημείο αναφοράς τον ισημερινό, αυξάνεται σταδιακά και η αντίστοιχη βέλτιστη γωνία κλίσης.
(2) Όταν η γωνία κλίσης αυξάνεται από την οριζόντια (0 μοίρα ) στη βέλτιστη γωνία κλίσης, η ποσότητα ακτινοβολίας που λαμβάνεται από την επιφάνεια αυξάνεται ανάλογα και η μέγιστη ποσότητα ακτινοβολίας λαμβάνεται όταν επιτευχθεί η βέλτιστη γωνία κλίσης ; Καθώς η γωνία κλίσης συνεχίζει να αυξάνεται, η ποσότητα της ακτινοβολίας που δέχεται η επιφάνειά του αρχίζει να μειώνεται ξανά, που αντιστοιχεί σε σταδιακή μείωση της παραγωγής ενέργειας.
(3) Η επίδραση της ακτινοβολίας στην παραγωγή ενέργειας είναι σχετικά μικρή όταν η γωνία κλίσης είναι εντός ± 5 μοιρών από τη βέλτιστη γωνία κλίσης.
(4) Το εάν θα σχεδιαστεί η βέλτιστη γωνία κλίσης πρέπει να αξιολογηθεί διεξοδικά με βάση τις συνθήκες του χώρου εγκατάστασης και την οικονομική σκοπιμότητα του σχεδίου και δεν θα πρέπει να σχεδιάζεται τυφλά.
(5) Με τη βελτιστοποίηση της απόστασης και της γωνίας κλίσης, η οικονομία και η παραγωγή ενέργειας του σταθμού παραγωγής ενέργειας μπορούν να βελτιωθούν σημαντικά.