Prudký rozvoj domáceho fotovoltaického priemyslu viedol k výraznému nárastu rozsahu a množstva fotovoltaických elektrární. Neustály vývoj a vyspelosť tohto odvetvia tiež kladú vyššie požiadavky na projektovanie elektrární. Doterajší rozsiahly dizajn už nemôže vyhovovať dnešným vývojovým potrebám. Prepracovaný dizajn fotovoltaických elektrární vyžaduje každý detail na zlepšenie efektívnosti systému elektrárne, aby si získal uznanie vlastníkov a investorov.
Počas procesu výstavby a inštalácie fotovoltaických elektrární majú rôzne fotovoltaické technológie a návrhy systémov rôzne požiadavky na uhol sklonu a orientáciu. Na zabezpečenie najlepšieho efektu generovania energie sa často hovorí o „optimálnom uhle sklonu“. Aký je optimálny uhol sklonu?
Uhol medzi povrchom fotovoltaického modulu a úrovňou terénu sa nazýva uhol sklonu. Zem sa točí okolo Slnka a počas jednej periódy otáčania sa bod priameho slnečného svetla na Zemi pohybuje tam a späť medzi obratníkom Raka a obratníkom Kozorožca. Takže celkové množstvo žiarenia prijatého povrchovou rovinou fotovoltaických modulov sa mení pod rôznymi uhlami sklonu. Pri projektovaní elektrární sa vo všeobecnosti odvolávame na historické údaje o kumulatívnom vyžarovaní pri rôznych uhloch sklonu počas celého roka a ako optimálny návrh uhla sklonu volíme uhol s najvyšším vyžarovaním.
Podľa „Design Code for Photovoltaic Power Stations“ GB 50797-2012 je optimálny uhol sklonu definovaný ako maximálne ročné celkové vyžarovanie. Ak pevné fotovoltaické pole prijíma maximálne ročné celkové žiarenie na naklonenej ploche pri tomto uhle sklonu, potom sa uhol sklonu nazýva optimálny uhol sklonu (skôr ako najvyššia ročná produkcia energie); V niektorých scenároch však môže byť optimálnym uhlom sklonu aj uhol sklonu zodpovedajúci najvyššej ročnej výrobe energie, uhol sklonu zodpovedajúci najvyššiemu výnosu, uhol sklonu zodpovedajúci najvyššej mesačnej výrobe energie a ďalšie vypočítané optimálne uhly sklonu. za rôznych obmedzujúcich podmienok. Tento článok pojednáva hlavne o uhle sklonu s najvyšším ročným celkovým vyžarovaním.
Prečo potrebujeme optimálny uhol sklonu?
Optimálny uhol sklonu je navrhnutý predovšetkým pre príjem väčšieho množstva slnečného žiarenia. V prípade nakloneného fotovoltaického poľa budú mať rôzne uhly dopadu slnka naň za následok rôzne množstvá normálneho slnečného žiarenia prijatého na jednotku plochy. Čím väčší je uhol dopadu (uhol kolmý na normálu fotovoltaického poľa), tým menej normálneho slnečného žiarenia bolo prijaté (pri rovnakom príkone žiarenia). Zmena uhla sklonu fotovoltaického poľa spôsobí zmenu uhla dopadu slnka, čím sa ovplyvní jeho príjem žiarenia. Preto je potrebné teoretickými výpočtami získať optimálny uhol sklonu na základe ročného príjmu žiarenia.
Schematický diagram komponentu prijímajúceho slnečné žiarenie
V procese navrhovania optimálneho uhla sklonu v praxi je potrebné zvážiť aj faktory ako geografické a prírodné prostredie staveniska projektu. Vplyv uhla sklonu na kĺzanie snehu; Vplyv zmien uhla sklonu na tlak vetra a odolnosť komponentov proti tlaku snehu; Zároveň je potrebné vziať do úvahy vplyv týchto faktorov na výber materiálov fotovoltaických držiakov a hmotnosti základov, ako aj zmeny vzdialenosti medzi predným a zadným radom spôsobené príliš vysokými uhlami, čo zvyšuje náklady na pozemok.
Ako vypočítať optimálny uhol sklonu?
Výpočet optimálneho uhla sklonu vyžaduje miestnu zemepisnú šírku a dĺžku na určenie nadmorskej výšky a azimutu slnka v každom okamihu a údaje o ročnom priemere žiarenia za mnoho rokov na určenie charakteristík lokálneho slnečného žiarenia. Na základe údajov o žiarení a výpočtov zemepisnej šírky a dĺžky sa akumuluje celkový ročný príjem žiarenia fotovoltaických polí s rôznymi uhlami sklonu a ako optimálny uhol sklonu sa vyberie uhol sklonu s najvyšším celkovým ročným vyžarovaním. Na pohodlný a rýchly výpočet optimálneho uhla sklonu možno vo všeobecnosti použiť softvér ako PVsyst.
Na porovnanie vplyvu rôznych uhlov sklonu na výrobu energie sa odporúča použiť porovnanie jednej premennej. Vo všeobecnosti je však uhol sklonu toho istého komponentu elektrárne rovnaký uhol a orientácia a pri porovnávaní elektrární v rôznych regiónoch existuje veľa ovplyvňujúcich faktorov. Preto sa na jeho demonštráciu zvažuje použiť softvér na návrh fotovoltického systému. Meteorologické údaje jeho softvéru pochádzajú z meteorologických databáz NASA a Meteonorm a prostredníctvom skutočných výpočtov je jeho presnosť až 99%, čo je referenčné.
Aké sú hlavné faktory ovplyvňujúce:
Zemepisná šírka a ročné obdobie:Sklon a orientáciu stanovte na základe zemepisnej šírky a sezónnych zmien miesta, aby fotovoltaické moduly mohli prijímať slnečné žiarenie v maximálnej možnej miere. Všeobecne povedané, na severnej pologuli možno uhol sklonu nastaviť ako uhol zemepisnej šírky mínus 10 až 15 stupňov a orientáciu možno nastaviť na juh.
Uhol slnečnej nadmorskej výšky:Uhol slnečnej nadmorskej výšky sa vzťahuje na výšku slnka na oblohe, ktorá sa mení v závislosti od času a ročného obdobia. Štúdiom zmien slnečného výškového uhla, výberom sklonu a orientácie môžu fotovoltaické moduly prijímať slnečné žiarenie v maximálnej miere v rôznych časových obdobiach.
Tieňová oklúzia:Tieňová oklúzia môže znížiť účinnosť výroby energie fotovoltaických modulov. Pri výbere sklonu a orientácie je potrebné zvážiť tienenie budovami, stromami, prípadne inými objektmi. Vyhnite sa alebo minimalizujte tieňové prekážky, aby ste zlepšili účinnosť výroby energie fotovoltaických elektrární.
Vplyv teploty:Vysoké teploty môžu viesť k zníženiu účinnosti fotovoltaických modulov. Vhodný sklon a orientácia môžu pomôcť odvádzať teplo z komponentov a znížiť vplyv teplotných vplyvov na účinnosť výroby energie.
Využitie pôdy:Pri výbere sklonu a orientácie zvážte využitie terénu fotovoltaickej elektrárne. Určte vhodný sklon a orientáciu na základe dostupného pozemku alebo priestoru budovy, aby ste dosiahli maximálnu efektivitu výroby energie.
Optimalizujte uhol naklonenia a orientáciu fotovoltaických modulov, aby ste zlepšili efektivitu výroby energie fotovoltaických systémov.
Optimalizácia uhla sklonu:
Sezónna úprava:Uhol sklonu fotovoltaických modulov upravte podľa sezónnych zmien v lokalite. V zime môže vhodné zvýšenie uhla sklonu zväčšiť kontaktnú plochu medzi fotovoltaickým panelom a priamym slnečným žiarením a zlepšiť účinnosť výroby energie v zime; V lete sa uhol sklonu zmenšuje, aby sa minimalizovalo potenciálne prehrievanie fotovoltaických panelov spôsobené priamym slnečným žiarením počas vysokých teplôt.
Nastavenie zemepisnej šírky:Určte optimálny uhol sklonu na základe zemepisnej šírky miesta. Všeobecne povedané, odčítanie asi 15 stupňov od uhla zemepisnej šírky je rozumné nastavenie sklonu, ktoré umožňuje fotovoltaickým modulom prijímať maximum energie slnečného žiarenia.
Smerom k optimalizácii:
Orientácia na juh:Na severnej pologuli sú fotovoltaické moduly orientované na juh, aby sa maximalizoval príjem slnečného žiarenia. Orientácia na juh zabezpečuje, že fotovoltaické moduly sú väčšinu času vystavené maximálnemu slnečnému žiareniu.
Orientácia východ-západ:V niektorých situáciách, keď je potrebné vyrovnať výrobu elektriny ráno a popoludní, sú fotovoltické moduly orientované oboma smermi, čím sa zvyšuje výroba elektriny cez šikmé slnko ráno a večer.
Systém sledovania:Pomocou sledovacieho systému automaticky upravte orientáciu fotovoltaických modulov podľa pohybu slnka, čím sa maximalizuje príjem slnečného žiarenia. Sledovacie systémy sa zvyčajne delia na dva typy: jednoosové sledovanie a dvojosové sledovanie. Dvojosové sledovanie môže presnejšie sledovať pohyb slnka, ale náklady sú vyššie.
Tieňová analýza a optimalizácia:
Vyhnite sa tieňom:Zabráňte tomu, aby fotovoltaické moduly zakrývali tiene okolitých budov, stromov a iných predmetov, čím sa zabezpečí, že fotovoltaické moduly budú môcť plne prijímať slnečné svetlo po celý deň.
Pravidelné orezávanie stromov:Pravidelne orezávajte okolité stromy, aby ste znížili dopad ich tieňa na fotovoltaické moduly.
Techniky tieňovej analýzy a optimalizácie sú kľúčové pri navrhovaní a prevádzke fotovoltaických elektrární.
Je optimálny uhol sklonu pevný a nemenný? Je isté, že pri optimálnom uhle sklonu budú mať fotovoltické elektrárne najvyššie príjmy?
Optimálny uhol náklonu znamená vysoký príjem žiarenia, ale znamená aj relatívne veľkú stopu. Napríklad v obmedzenej oblasti staveniska, keď sa optimálny uhol sklonu znižuje, inštalovaná kapacita sa bude naďalej zvyšovať. Zníženie uhla sklonu zníži výrobu energie, zatiaľ čo zvýšenie inštalovanej kapacity zvýši výrobu energie. Preto sú potrebné ďalšie technické a ekonomické porovnania založené na vonkajších podmienkach, aby sa určilo, ktorý uhol sklonu v konečnom dôsledku prináša najvyššie výnosy. Uhol inštalácie bežnej cementovej plochej strechy sa odporúča väčší ako 10 stupňov, čo je výhodné pre samočistenie zložiek dažďovej vody.
Optimálny uhol sklonu generovania energie nie je pevný, v skutočnosti úzko súvisí s rozstupom poľa. Čím väčší je rozstup poľa, tým je hodnota optimálneho uhla sklonu generovania energie bližšie k optimálnemu uhlu sklonu žiarenia. Teoreticky, ak je rozostup dostatočne veľký na to, aby bol voľný počas celého roka, hodnoty oboch sú rovnaké.
Vzhľadom na neistotu klímy možno optimálny uhol sklonu označovať iba ako relatívny optimálny uhol sklonu na základe historických údajov. Po prvé, optimálny uhol sklonu sa mení v závislosti od historických údajov o žiarení. Existujú určité rozdiely medzi optimálnym uhlom sklonu vypočítaným pomocou 5-ročných historických údajov a 10-ročných historických údajov; Po druhé, historické priemerné údaje predstavujú vysokú pravdepodobnosť lokálnych charakteristík žiarenia, ale pre daný rok to nemusí byť nevyhnutne optimálna voľba.
Zhrnutie:
(1) Optimálny uhol sklonu súvisí s miestnou zemepisnou šírkou. Ako sa zemepisná šírka postupne zväčšuje smerom k pólom Zeme s rovníkom ako referenčným bodom, postupne sa zvyšuje aj zodpovedajúci optimálny uhol sklonu.
(2) Keď sa uhol naklonenia zvýši z horizontálneho (0 stupňa) na optimálny uhol naklonenia, množstvo žiarenia prijímaného povrchom sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši a maximálne množstvo žiarenia sa dostane, keď sa dosiahne optimálny uhol naklonenia. ; Ako sa uhol sklonu neustále zväčšuje, množstvo žiarenia prijímaného jeho povrchom začína opäť klesať, čo zodpovedá postupnému znižovaniu výroby energie.
(3) Vplyv žiarenia na výrobu energie je relatívne malý, ak je uhol sklonu v rozmedzí ± 5 stupňov optimálneho uhla sklonu.
(4) Či navrhnúť optimálny uhol sklonu je potrebné komplexne posúdiť na základe podmienok miesta inštalácie a ekonomickej realizovateľnosti plánu a nemalo by sa navrhovať naslepo.
(5) Optimalizáciou rozstupu a uhla sklonu možno výrazne zlepšiť hospodárnosť a výrobu energie elektrárne.