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斜面上的太阳辐射

入射到光伏组件上的太阳功率不仅取决于阳光中所具有的功率,还取决于组件与阳光之间的角度。当组件表面与阳光垂直时,表面上所吸收的功率密度等于阳光的功率密度(换句话说,当组件表面垂直于阳光时,功率密度将处于最大值) 。但是,随着太阳与固定表面之间的角度不断变化,固定组件所接收的功率密度将小于入射阳光的功率密度。

入射到倾斜组件表面上的太阳辐射量是入射太阳辐射的垂直分量。下图给出了通过测量水平面上的太阳辐射(Shoriz)或垂直于阳光方向的太阳辐射(Sincident),来计算入射到斜面上的太阳辐射(Smodule)。

将组件倾斜于入射光放置会减少组件的功率输出。

上图动画显示了不同情况下太阳辐射的计算。向量的长度代表辐射量的相对强度。

与Smodule,Shoriz和Sincident相关的公式为:

其中
α是仰角;
β是从水平线起测量的倾斜角。

仰角如前文中给出:

φ是纬度;
δ是前文中讲过的太阳偏角:

d是一年当中的第几天。请注意到,通过简单的三角学知识可以得知(284+d)和之前使用的(d-81)是等效的。在文献中两个方程可以互换使用。

根据这些等式,可以确定SmoduleShoriz之间的关系为:

以下互动方程式显示了太阳辐射总量,水平面接收到的辐射分量以及组件斜面上分量的计算。输入Smodule,Shoriz和Sincident其中的一个,程序将计算出其他两个。

Components of Radiation on Tilted Surface Calculator


倾斜角度对入射在斜面上的太阳辐射影响很大。在组件倾角固定的情况下,当倾角等于该位置的纬度时,组件在一年中能获得最大的功率。然而,冬季由于负载较多,需要提高倾斜角来进行优化。夏季则可以降低倾斜角以提高阳光利用率。下面的模拟演示可以计算受纬度和组件倾斜角影响的最大太阳辐射。

X

-9090

X

090

在全年无云的情况下,纬度和组件倾斜度对接收到的太阳辐射的影响,单位为W.h.m-2.day-1。X轴为自1月1日算起的天数。组件功率为照射在倾斜组件上的太阳辐射。组件倾斜角从水平方向起测量。入射功率是垂直于太阳光线的太阳辐射,也是能够完全跟踪太阳的组件所接收到的辐射。水平功率是照射到地面上的太阳辐射,也是水平放置在地面上的组件所接收到的辐射。因为不考虑云层遮挡的影响,这些值是该特定位置所能接收到的最大值。我们假设北半球的组件面向南边,南半球的组件面向北边。对于某些角度,光从模块的背面入射,在这些情况下,组件的功率为0。

从上面的动画演示中可以看出,对于倾斜角为0°的组件,由于组件平放在地面上,因此组件功率和水平功率相等。当组件倾斜角为80°时,组件几乎垂直于地面。当组件垂直于太阳光线时,组件功率等于入射功率,其他情况下组件功率小于入射功率。因为组件需要面向赤道放置,所以北半球的组件面向南边,南半球的组件面向北边。当组件从北半球移动到南半球的过程当中(纬度=0°),组件的朝向发生翻转,因此组件功率曲线也随之翻转。当光线从组件背面入射时,组件功率将降为零。尝试将纬度设置到您所在的位置,然后改变组件的倾斜角,以观察倾斜角对一年中接收的功率的影响。