固定式光伏阵列最佳倾角的CAD计算方法.pdf

在收集中国10座城市的近30年的辐射数据的基础上利用本方法计算了10座城市的最佳倾角的选取值, 计算结果表明最佳倾角的选取和当地增刊2杨刚等:声定式伏阵列最仹倾角的CAD计算方法167户输入月总辐射量、月直接辐射量、纬度和地面反倾角值的大小是当地纬度加上一个正的角度值,如射率等值,前两个的取值可以在中国气象科学哈尔滨、乌鲁木齐、沈阳等地。而纬度中等的地区,数据共享服务网”上查找得到。首先系统计算在其最佳倾角的取值大约与其纬度值相等,如兰州倾角为-90情况下每月的光伏阵列发电量并将所上海、武汉等城市。纬度较低的地区(度低于26有月的相加得到每年的发电量,并将其储存在fagN),其最佳倾角的取值为当地的纬度减去一个正的变量屮,其屮用到的求解步骤由公式(1)角度值,如成都、昆明、广州等地。地面情况对固(10)给出。然后倾角加0.1后重新计算在这个颂定式光伏阵列最佳倾角的选择会造成较大的影响,角下的光伏阵列发电量 power,如果大于变量tag,同一地区光伏阵列若安装在水泥地上,其最佳倾角则以fag替代 power,这时的角度存储在obliμuiy最大,若安装在草地上次之,干燥土地面上则最小。变量中,当倾角取完-90~90之间所有的倾角之这是和不同地表的地面反射率的取值相关的,地面后, obliquity即为光伏阵列最佳倾角。这和方法避反射率越大,则光伏阵列的最佳倾角则应越大。免了对光伏阵列辐射量的算式或者发电量的算式进3.2最佳倾角与纬度的关系式行求导计算最佳倾角的方法,避免了繁琐的数学运由于最佳倾角的大小和纬度存在较大关系,则算过程,且得到的结果精确。可以通过相关检验分析共相关性并通过曲线拟合方3结果分析法推导不同地表情况下的光伏阵列倾角和当地纬度的关系。图2所示在水泥地面、草地和干燥地面上3.1不同城市下的最佳倾角计算结果光伏阵列最佳倾角与纬度之使用最小二乘法拟合的通过所设计的最佳倾角的计算方法,在收集了关系图。中国由南到北10座城市的太阳辐射数据的基础上(相关的数据可以在中国气象科学数据共享服务网上查到),对这些城市的光伏阵列进行分析和计算,得到结果如表1所示最佳倾角40表1中国10座城市不同地表情况下最佳倾角的计算值表Tab. 1 The op mum tilt angle in 10 Chine se cities水泥地面………草地on different ground surface干燥地面城市(N)816哈尔滨4551.849.347.710乌鲁木齐4347.5纬度沈阳424744.5北京44.541.940.3图2三种不同的地面情况下光伏阵列最佳倾角与兰州38.13633.9纬度之间的关系按合图上海3131.527.7Fig. 2 The re lationship beteen the op mum tilt angle and武汉3030.127.726.4the latitude on 3 different gound surfaces成都2619.817.816.7昆明2425.722.6得到的武定式光伏阵列最佳倾角的拟合得到的广州18.617.5结果为001142+0.647+0.108白g=0.35其中ω代表城市的纬度,这里以北纬表示;81、⑧2、83分别代表在水泥地面,草地面和干燥土0.01262+0.538+0.0118a=0.23)地面上的光伏阵列最佳倾角的计算值。00132+0.469)+0.148e=0.15)由表1可以看出,不同地区固定式光伏阵列的(13最佳倾角选择和纬度有很大的相关性,纬度越高的其屮,ω为当地纬度;φ为最佳倾角的拟合值地区,最佳倾角相对绞大。这说明高纬度地区的光Q-0.35,0.23,0.15分别表示在水泥地面、草伏阵列应安装地更加傾斜以获得铰大的辐射量。在地面和干燥土地面上的地面反射率。式(1)由纬度较高的地区(纬度高出40N)的地区,其最佳纬度和最佳倾角的数据拟合得到,其拟合结果和计301994-2009ChinaAcademicJournalElecironicPublishinghOuse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.ner168中山大学学报(然科学版)第47卷算结果之间的误差率如表2所示:表2拟合结果和计算结果之间的误差Tab. 2 The errors beteen the calculated re sults and the fitting curve城市8(%)9(%)ξ1(%)?2,(%)ξ3(%)哈尔滨52.30.970.8l47.748.21.0乌鲁木齐49.047.546.444.9-2.39沈阳47.40.854444.842.943.30.93北京44.5-0.6741.7-0.4840.30.25兰州38.138.20.263635.7-0.8333.934.31.18上海281.03-0.88武汉30.127.727.526.4-0.76成都19.824.624.2417.826.4016.721.327.54昆明25.712.453.920.215.4822.619.1-15.4820.419,92.4518.617.9-3.7617.516.9-3.43其中φ1、2、93为计算拟合得到的最佳倾角数值,1、2、为找合结果和实际计算结果之间参考文献的误差率。从表2可以看出,除了成都之外,在不[1]杨金焕,毛家俊,陈中华·不同方位倾斜面上太阳辐同城市中拟合数据和所得到的数据的误差率都维持射量及最佳倾角的计算[J].上海交通大学学报,在可以接受的范围以内,在一些城市这种误差甚至2002,36(7):1032-1036降到了1%以下。进一步的相关分析表明在水泥地YANG Jinhuan, MAO Jiajun, Chen Zhonghua Calcu latin of s lar radia lion on variously orien ted tilted suirface面上(即Qa=0.35时)的拟合公式和实际计算结and op timum tilt angle [J]. Joumal of Shanghai J iaotong果之间的方差S=2.169,相关系数r=0.992,草University,2002,36(7):1032-1036地面上(即Q=0.23时)的拟合公式和实际计算[2]常泽辉,田瑞.固定式太阳电池方阵最仹倾角的实验结果之间的方差为2183,相关系数为0.9的研究[J].电源技术,2007,31(4):312-315燥士地面上(即ρ-0.15时)的拟合公式和实际CHANG Ze-hui. TAN Rui Expermen tal re search on theop mum tilt angle of fixed so lar cell panel[ j ]. Chinese计算结果之闫的方差为2.126,相关系数也为Joumal of Power Sources. 2007, 31(4): 312-3150.992。这表示计算结果与拟合结果达到高度相关,[3] KACRA M,S≌SEKM, BABUR. Y. Detem in ing op-式(11)可以为中国地区设计光伏系统提供参考tmum tilt angles and orientation of pho voltaic panels in设计依据。Sanliurfa Turkey[ J]. Renewable Energy, 2004, 29: 324结论[4]沈辉,曾祖勤.太阳能光伏发技术[MJ北京:化学工业出版社,2005本文提出了固定式光伏系统最佳倾角的计算模[5]顾超,崔容强.独立光伏系统最佳倾角计算新方法型,并在此基础上提出了使用计算机斩助分的方J」.电源技术,2005,1:31-34法利用计算机的高速运算性能求解系统最佳倾角。G Chao, CU I Rong-qiang A new way to calculate the在收集了辐射强度数据的基础上,计算得到了屮国op mum tilt angle of so lar battery system [J]. Chinese最具代表性的10座城市的光伏阵列最佳倾角的结Joumal of Power Sources, 2005, 29(1):31-34.果。结果分析表明,光伏阵列最佳倾角的诜取和该[6]陈俊,刘志璋,赵明智.风光混合发电系统发电量的计算模型[J]节能,2006(5):28-29地区的纬度以及地面情况有很大的关系,纬度高的CHEn Jun, L U Zhizhang, ZHAO M ing-zhi Eneryy地区,最佳倾角选取值较大,纬度低的地区取值较model of w ind-so lar hybrid supp lying power system [J]小,且光伏阵列安装地面反射率大的地表上的倾斜Energy Conversion, 2006(5): 28-29角比安装在反射率小的地面上的倾斜角大。以三种7]庄肃,如何将水平面上太口总辐转换成倾斜面上太最具代表性的地表情况下不同城市最佳倾角的计算阿总辐射[J]太阳能,199801):20-21ZHUANG Su How to change the so lar rad iation in hori-结果为依据,拟合得到了三种不同的地表情况下光on tal surface to a tilted surface J. So lar energy, 1998伏阵列最佳倾角取值和纬度的关系式,得到的关系(1):20-2L.式和原数据之间具有很高的相关性。[8]陈俊.风光混合独立供电系统的研究[D]闪蒙古501994-2009ChinaAcademicJournalElecronicPublishinghOuseAllrightsreservedhttp:/wwm.cnkinet增刊2杨刚等:声定式伏阵列最仹倾角的CAD计算方法169内蔡古工业大学,200620(1):93-99[9]杨金焕,汪征负载缺电率用亍独立光伏系统的最优[10]李德孚.户用风光'补发电系统技术与应用[J]化设计[J]太阳能学报,1999,20(1):93-99农业工程学报,2006,22(S1):162-166YANG Jinhuan, WANG Zhenhong, Chen ZhonghuaLIDe-fuu Techno bgy and app licatin of the hou seholdLossof bad p iobability for op tmum sizing of stand-alonewind-so lar comp lamentary power system Transactions ofp ho two ltaic system. Acta Energiae So laris Sithe Csae,2006,22(Sup1):162-166CAD Method Used in D etem in ing the o ptim um Tilt Angle of F ixed PV arraysYANG Gang, CHEN M ing, ChEN Zhuowu(1. L Ecole Superieur d Elec tric ite(SUPELEC), Paris 75014, France2 hstitu te for So lar Energy System of Sun Yat-sen University, Key labo ratory of GuangdongEducational deparment, guangzhou 510006, China)Abstract A method of detem ining the op mum tilt angle of fixed pv arrays based on Cad method is p resentedThe model for calculating the energy gene ra ted by Pv arrays is intoduced and the Cad method is p oposed to identify the op mum tilt angle of a district Based on the so lar radiation data collected in the recent 30 years in 10 different Chine se cities, the op tmum tilt angle of each city is ana lyzed and the results show that the op mum tilt angleis clsely re lated to its bcal latitude By using the curve in te po lation, the relationship be teen the op timum tilt an-gle and the latitude are ana lyzed in 3 diffcrent k inds of gound surfaces and high corre la tion is found in the correla-tion te st of the calcu la ted op tmum tilt angle and the fitting results The derived equation can be used t p rovide reference for the design of fixed pho tovoltaic power system in ChinaKey words: PV array: CAD; op tmum tilt angle; curve in tero lation; correlation test201994-2009ChinaAcademicJournalelEcronicPublishigHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net