光伏电站太阳能电池阵列间距的计算

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光伏电站太阳能电池阵列间距的计算

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吴永忠，邹立珺

（1．水利部牧区水利科学研究所，内蒙古呼和浩特010010；2．内蒙古工业大学，内蒙古呼和浩特010051）摘

要：用两种方法探讨了太阳能光伏电站设计中的太阳电池阵列间距的计算方式。分析表明，当阵列高度一

定时，后排电池阵列上不出现前排电池阵列的阴影的最小距离与太阳高度角密切相关。最后，导出了可供光伏电站设计参考的理论计算式。关键词：光伏电站；电池阵列；间距中图分类号：TM914

文献标识码：B

文章编号：1004－3950（2011）01－0039－02

The calculation of spacing between solar cell array

in photovoltaic pouler station

WU Yong-zhong 1，ZOU Li-jun 2

（1．The Institute of Water Resources for Pastoral Areas ，Huhhot 010020，China ；

2．Inner Mongolia University of Technology ，Huhhot 010051，China ）

Abstract ：Two methods are used to discuss the spacing of solar array related to the design of photovoltaic power station．The analysis shows when the step height is the same ，the minimum distance of the shadow of the front cell array doesn't appear on the back row ，and it is closely related to sunshine height angle．The theoretical calculation for the design of PV power station can be derived．

Key words ：photovoltaic power plant ；cell array ；spacing

0引言

在太阳能光伏电站设计中，电池阵列的布置非常重要。阵列间的距离对电站的输出功率和转换效率有较大的影响，如安装不妥，后排的太阳光将被前排遮挡。与阵列间距密切相关的是太阳高度角，因此本文中提出了两种计算太阳高度角的方法，并对结果进行比较。

图1电池阵列安装示意

1太阳高度角

太阳能电池阵列安装见图1所示，图中物理量将在下文中进行说明。

太阳高度角是指对于地球上的某个地点太阳光的入射方向和地平面之间的夹角。太阳高度角是决定地球表面获得太阳热能多少的最重要因素。

1．1影子倍率法计算太阳高度角

一般在水平面垂直竖立的高为L 的木杆，

其

收稿日期：2010－10－25

南北方向影子的长度为L s ，太阳的高度角为h ，方

［1］

位角为α，那么影子的倍率R 可由下式表示：

L S

=ctg h ·cos αR =（1）L

——影子倍率；式中：R —L ———阵列高度；L s ———影子长度；h ———太阳高度角；

——太阳方位角。α—

作者简介：吴永忠（1961－），男，内蒙古呼和浩特人，教授级高级工程师，主要从事新能源利用技术的研究和开发工作。

2011年，第1期

－瑑瑩－

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阵列的影子长度因安装场所的维度、季节、时

间不同而异，

如果在影子最长的冬至，从午前9：00至午后15：00，影子对阵列没有影响，说明太阳电池输出功率不受影响。通过“冬至太阳位置图［2］

”可以知道这段时间内的太阳高度角h 和方位角α。

1．2根据函数计算太阳高度角

根据球面三角函数分析认为太阳高度与观测者的地理纬度、太阳赤纬和方位角有着一定关系，它们之间的关系式为：

sin h =sin φ·sin δ+cos φ·cos δ·cos α（2）式中：φ———当地纬度角；δ—

——当地赤纬角。一年中第n 天的赤纬角δ按如下公式计算：

δ=23．45·sin (360·

284+n 365

)

（3）式（2）（3）中，若已知某点的地理位置，日期和时刻，就可以算出当地当时的太阳高度角。

正午时，太阳方位角为零，则cos α=1，式（2）

变为

sin h =sin φ·sin δ+cos δ·cos δ=

cos （φ－δ）=sin ［90ʎ －（φ－δ）］

（4）

得出计算太阳高度角的基本公式：

h =90ʎ －（φ－δ）（5）

2

阵列间距的计算

2．1

利用1．1中方法计算间距

由图1及公式（1）可以得出：

L S =L ·ctg h ·cos α（6）

h 与α根据当地纬度可以查出，L s 即可求出。2．2利用1．2中方法计算间距

由图1可以知道太阳高度角与电池阵列之间

的关系，由几何图形分析可得：L －e

L =tg h =tg ［90ʎ －（φ－δ）］（7）s

L s =（L －e ）·ctg h =（L －e ）·ctg ［90ʎ －（φ－δ）］（8）由公式（8）可知，太阳高度角h 越小，其投影距离L 越大。所以设计采用最小的入射角即冬至日太阳高度角进行阵列间距的计算可以满足要求。

－瑒瑠－

3各纬度下电池阵列间距

根据上述两种计算方法，计算电池阵列的间

距，结果见表1、表2。

表1

方法1计算的阵列间距

当地纬度冬至日太阳高度角冬至日方位角

间距30ʎ 31ʎ 45ʎ 1．177L 35ʎ 30ʎ 43ʎ 1．267L 40ʎ 27ʎ 42ʎ 1．459L 42ʎ 26ʎ 41ʎ 1．547L 44ʎ

24ʎ

41ʎ

1．695L

表2

方法2计算的阵列间距

当地纬度冬至日太阳高度角

间距30ʎ 36ʎ 1．350（L －e ）35ʎ 31ʎ 1．664（L －e ）40ʎ 26ʎ 2．003（L －e ）42ʎ 24ʎ 2．246（L －e ）44ʎ

22ʎ

2．475（L －e ）

从表1和表2可以看出，随着纬度的升高，而

太阳高度角逐渐减小，阵列间距应该逐渐增大。

4结论

电池阵列是光伏发电系统的核心部件，电池阵列最佳倾角、阵列间距设计的优劣，对光伏发电性能有着重要的影响。本文通过两种不同的方法，对太阳能电池阵列的间距分别进行计算，认为两种方法都可以应用于实践。参考文献：

［1］日本太阳光发电协会．太阳能光伏发电系统的设计

与施工［

M ］．北京：科学出版杜，2004．［2］伊藤克三．日照关系图标的读图与使用方法［M ］．

欧姆社，

1979．［3］TSALIDES P ，THANAILAKIS A．Direct computation

of the array optimum tilt angle in constant －tilt photo-voltaic systems ［J ］．Solar Cells ，1985，14：83－94．［4］杨金焕．固定式光伏方阵最佳倾角的分析［J ］．太阳

能学报，

1992，13（1）：86－92．