Cvetoči razvoj domače fotovoltaične industrije je privedel do občutnega povečanja obsega in količine fotovoltaičnih elektrarn. Nenehen razvoj in zrelost industrije sta postavila tudi višje zahteve za načrtovanje elektrarn. Prejšnja obsežna zasnova ne more več zadostiti današnjim razvojnim potrebam. Prečiščena zasnova fotonapetostnih elektrarn zahteva vsako podrobnost za izboljšanje sistemske učinkovitosti elektrarne, da pridobijo prepoznavnost lastnikov in investitorjev.
Med postopkom gradnje in namestitve fotonapetostnih elektrarn imajo različne fotonapetostne tehnologije in zasnove sistemov različne zahteve glede kota nagiba in orientacije. Za zagotovitev najboljšega učinka proizvodnje električne energije se pogosto omenja "optimalni kot nagiba". Kakšen je optimalen kot nagiba?
Kot med površino fotovoltaičnega modula in nivojem tal se imenuje inklinacijski kot. Zemlja kroži okoli Sonca in v eni revoluciji se točka neposredne sončne svetlobe na Zemlji premika naprej in nazaj med Rakovim tropom in Kozorogovim tropom. Tako se skupna količina sevanja, ki ga prejme površinska ploskev fotovoltaičnih modulov, spreminja pod različnimi koti nagiba. Pri načrtovanju elektrarn se praviloma sklicujemo na zgodovinske podatke o kumulativnem sevanju pri različnih kotih nagiba skozi vse leto in kot optimalno zasnovo kota nagiba izberemo kot z največjim sevanjem.
V skladu s "Design Code for Photovoltaic Power Stations" GB 50797-2012 je optimalni kot nagiba opredeljen kot največje letno skupno sevanje. Če fiksni fotonapetostni niz prejme največje letno skupno sevanje na nagnjeni površini pri tem kotu nagiba, se kot nagiba imenuje optimalni kot nagiba (namesto najvišja letna proizvodnja električne energije); Vendar pa je v nekaterih scenarijih lahko optimalni kot nagiba tudi kot nagiba, ki ustreza najvišji letni proizvodnji električne energije, kot nagiba, ki ustreza največjemu donosu, kot nagiba, ki ustreza najvišji mesečni proizvodnji električne energije, in drugi izračunani optimalni koti nagiba pod različnimi omejitvenimi pogoji. Ta članek obravnava predvsem naklonski kot z največjim letnim skupnim sevanjem.
Zakaj potrebujemo optimalen kot nagiba?
Optimalni kot nagiba je zasnovan predvsem za sprejem več sončnega sevanja. Pri nagnjenem fotovoltaičnem nizu bodo različni vpadni koti sonca nanj povzročili različne količine običajnega sončnega sevanja, prejetega na enoto površine. Večji kot je vpadni kot (pravokotni kot na normalo fotonapetostnega niza), manj običajnega sončnega sevanja prejme (pri enakem vnosu sevanja). Sprememba naklonskega kota fotovoltaičnega niza bo povzročila spremembo vpadnega kota sonca in s tem vplivala na sprejem sevanja. Zato je treba s teoretičnimi izračuni pridobiti optimalen nagibni kot na podlagi letnega sprejema sevanja.
Shematski diagram komponente, ki sprejema sončno sevanje
V procesu načrtovanja optimalnega kota naklona v praksi je treba upoštevati tudi dejavnike, kot sta geografsko in naravno okolje gradbišča projekta. Vpliv kota nagiba na drsenje snega; Vpliv sprememb kota nagiba na odpornost komponent na pritisk vetra in snega; Hkrati je treba upoštevati vpliv teh dejavnikov na izbiro materialov fotovoltaičnih nosilcev in težo temeljev ter spremembe razdalje med sprednjo in zadnjo vrsto, ki jih povzročajo previsoki koti, kar povečuje stroške zemljišča.
Kako izračunati optimalen kot nagiba?
Izračun optimalnega kota nagiba zahteva lokalno zemljepisno širino in dolžino za določitev nadmorske višine in azimuta sonca v vsakem trenutku ter letne povprečne podatke o sevanju v več letih za določitev značilnosti lokalnega sončnega sevanja. Na podlagi podatkov o sevanju ter izračunov zemljepisne širine in dolžine se zbere letni skupni sprejem sevanja fotonapetostnih nizov z različnimi koti nagiba, kot optimalen kot nagiba pa se izbere kot nagiba z najvišjim letnim skupnim sevanjem. Na splošno lahko programsko opremo, kot je PVsyst, uporabite za priročen in hiter izračun optimalnega kota nagiba.
Priporočljivo je, da uporabite primerjavo ene same spremenljivke, da primerjate vpliv različnih kotov nagiba na proizvodnjo električne energije. Toda na splošno je kot naklona iste komponente elektrarne enak kot in usmerjenost, pri primerjavi elektrarn v različnih regijah pa obstaja veliko dejavnikov, ki vplivajo. Zato se za prikaz uporablja programska oprema za načrtovanje PV sistema. Meteorološki podatki njegove programske opreme izvirajo iz meteoroloških podatkovnih zbirk NASA in Meteonorm, z dejanskimi izračuni pa je njihova stopnja točnosti kar 99 %, kar je mogoče referencirati.
Kateri so glavni dejavniki, ki vplivajo na:
Zemljepisna širina in letni čas:Naklon in orientacijo določite glede na zemljepisno širino in sezonske spremembe lokacije, da bodo fotovoltaični moduli čim bolj prevzeli sončno sevanje. Na splošno lahko na severni polobli kot naklona nastavimo kot zemljepisne širine minus 10 do 15 stopinj, orientacijo pa lahko nastavimo kot proti jugu.
Kot sončne višine:Kot sončne višine se nanaša na višino sonca na nebu, ki se spreminja glede na čas in letne čase. S proučevanjem sprememb sončnega višinskega kota, izbiro naklona in orientacije lahko fotonapetostni moduli sprejmejo sončno sevanje v največji meri v različnih časovnih obdobjih.
Senčna okluzija:Senčna okluzija lahko zmanjša učinkovitost proizvodnje električne energije fotovoltaičnih modulov. Pri izbiri naklona in orientacije je potrebno upoštevati senčenje, ki ga povzročajo zgradbe, drevesa ali drugi predmeti. Izogibajte se senčnim oviram ali jih čim bolj zmanjšajte, da izboljšate učinkovitost proizvodnje električne energije fotovoltaičnih elektrarn.
Temperaturni učinek:Visoke temperature lahko povzročijo zmanjšanje učinkovitosti fotovoltaičnih modulov. Ustrezen naklon in orientacija lahko pomagata pri odvajanju toplote iz komponent in zmanjšata vpliv temperaturnih učinkov na učinkovitost proizvodnje električne energije.
Uporaba tal:Pri izbiri naklona in orientacije upoštevajte izkoriščenost tal fotovoltaične elektrarne. Določite ustrezen naklon in orientacijo na podlagi razpoložljivega zemljišča ali stavbnega prostora, da dosežete največjo učinkovitost proizvodnje električne energije.
Optimizirajte kot nagiba in orientacijo fotonapetostnih modulov za izboljšanje učinkovitosti proizvodnje električne energije fotovoltaičnih sistemov.
Optimizacija kota nagiba:
Desezoniranje:Prilagodite kot nagiba fotovoltaičnih modulov glede na sezonske spremembe lokacije. Pozimi lahko ustrezno povečanje kota nagiba poveča kontaktno površino med fotovoltaično ploščo in neposredno sončno svetlobo ter izboljša učinkovitost proizvodnje električne energije pozimi; Poleti se kot nagiba zmanjša, da se zmanjša potencialno pregrevanje fotonapetostnih panelov, ki ga povzroči neposredna sončna svetloba med visokimi temperaturami.
Prilagoditev zemljepisne širine:Določite optimalen kot naklona glede na zemljepisno širino lokacije. Na splošno je odštevanje približno 15 stopinj od kota zemljepisne širine razumna nastavitev naklona, ki fotovoltaičnim modulom omogoča, da prejmejo največjo količino energije sončnega sevanja.
Optimizaciji naproti:
Južna orientacija:Na severni polobli so fotonapetostni moduli usmerjeni proti jugu, da se poveča sprejem sončnega sevanja. Usmerjenost proti jugu zagotavlja, da so fotonapetostni moduli večino časa izpostavljeni največji sončni svetlobi.
Orientacija vzhod zahod:V nekaterih situacijah, ko je potrebno uravnotežiti proizvodnjo električne energije zjutraj in popoldan, so fotonapetostni moduli usmerjeni v obe smeri, kar poveča proizvodnjo električne energije zaradi poševnega sonca zjutraj in zvečer.
Sistem sledenja:Uporabite sistem za sledenje, da samodejno prilagodite orientacijo fotovoltaičnih modulov glede na gibanje sonca, kar poveča sprejem sončnega sevanja. Sledilni sistemi so običajno razdeljeni na dve vrsti: enoosno sledenje in dvoosno sledenje. Dvoosno sledenje lahko natančneje sledi gibanju sonca, vendar je cena višja.
Analiza in optimizacija senc:
Izogibajte se sencam:Preprečite, da bi fotonapetostne module ovirale sence okoliških zgradb, dreves in drugih predmetov, s čimer zagotovite, da lahko fotovoltaični moduli v celoti sprejemajo sončno svetlobo ves dan.
Redno obrezujte drevesa:Redno obrezujte okoliška drevesa, da zmanjšate njihov vpliv sence na fotovoltaične module.
Analiza senc in optimizacijske tehnike so ključne pri načrtovanju in delovanju fotovoltaičnih elektrarn.
Ali je optimalni kot nagiba fiksen in nespremenljiv? Je gotovo, da bodo imele fotovoltaične elektrarne največji prihodek pri optimalnem kotu nagiba?
Optimalen kot nagiba pomeni visok sprejem sevanja, pomeni pa tudi relativno velik odtis. Na primer, na omejenem območju lokacije, ko se optimalni kot naklona zmanjša, se bo nameščena zmogljivost še naprej povečevala. Zmanjšanje kota naklona bo zmanjšalo proizvodnjo električne energije, medtem ko bo povečanje instalirane moči povečalo proizvodnjo električne energije. Zato so potrebne nadaljnje tehnične in ekonomske primerjave na podlagi zunanjih pogojev, da se ugotovi, kateri kot naklona na koncu prinese največje donose. Vgradni kot splošne cementne ravne strehe je priporočljiv večji od 10 stopinj, kar je ugodno za samočiščenje komponent deževnice.
Optimalni kot nagiba za proizvodnjo električne energije ni fiksen, pravzaprav je tesno povezan z razmikom nizov. Večji kot je razmik nizov, bližje je vrednost kota nagiba optimalne proizvodnje električne energije optimalnemu kotu nagiba sevanja. V teoriji sta vrednosti obeh enaki, če je razmik dovolj velik, da ni oviran skozi vse leto.
Zaradi podnebne negotovosti lahko optimalni kot naklona na podlagi zgodovinskih podatkov imenujemo le relativni optimalni kot naklona. Prvič, optimalni kot naklona se spreminja glede na zgodovinske podatke o sevanju. Obstaja nekaj razlik med optimalnim kotom naklona, izračunanim z uporabo 5-letnih zgodovinskih podatkov in 10-letnih zgodovinskih podatkov; Drugič, zgodovinski povprečni podatki predstavljajo veliko verjetnost lokalnih značilnosti sevanja, vendar za dano leto to morda ni nujno optimalna izbira.
Povzetek:
(1) Optimalni kot nagiba je povezan z lokalno geografsko širino. Ko se geografska širina postopoma povečuje proti zemeljskima poloma z ekvatorjem kot referenčno točko, se postopoma povečuje tudi ustrezni optimalni naklonski kot.
(2) Ko se kot nagiba poveča od vodoravnega (0 stopinj) do optimalnega kota nagiba, se količina sevanja, ki ga prejme površina, ustrezno poveča, največja količina sevanja pa je sprejeta, ko je dosežen optimalni kot nagiba ; Ko se kot nagiba še naprej povečuje, se začne količina sevanja, ki ga prejme njegova površina, spet zmanjševati, kar ustreza postopnemu zmanjševanju proizvodnje energije.
(3) Vpliv sevanja na proizvodnjo električne energije je relativno majhen, če je kot nagiba znotraj ± 5 stopinj optimalnega kota nagiba.
(4) Ali načrtovati optimalni kot naklona, je treba celovito ovrednotiti na podlagi pogojev na mestu namestitve in ekonomske izvedljivosti načrta in ne bi smeli biti zasnovani na slepo.
(5) Z optimizacijo razmika in kota naklona je mogoče znatno izboljšati gospodarnost in proizvodnjo električne energije elektrarne.