一种提高转换效率的太阳能电池板倾斜角选取方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及太阳能发电领域，具体设及一种提高转换效率的太阳能电池板倾斜角 选取方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着能源、环境问题的日益突出化及电力市场改革的深入，可再生能源发 电在全球范围内迅速发展。开发利用W太阳能为代表的可再生能源已经成为世界的共识 和迫切愿望。据国际权威机构的预测，2050年，可再生能源在全球能源结构中的比例将超 过50%。其中直接利用太阳能的比例将达到14%左右[1]。现代社会文明与电能紧密相 连，人们的生活已经离不开电能。太阳能光伏发电作为新的可再生能源其碳排放量只有 火电的1/5,已经成为世界新能源研究的热点和方向，全球光伏发电装机容量正在W每年 15%-30%的速度快速增长。但是，目前太阳能发电效率较低，单位电价成本很高。人们正在 努力攻克光伏发电转换效率较低的问题，主要集中在材料领域的研究，目前单（多）晶娃电 池、薄膜方面已经取得了较大进展。目前单晶娃电池的转换效率为14% -17%;多晶娃电池 的转换效率为12 % -15 %;薄膜电池的转换效率为6 % -8. 5 %，近两年内可达到10 % -12 %， 5年内有望达到18%。
[0003] 影响光伏发电效率的因素除转化材料外，电池板倾斜角也是其主要因素之一。当 太阳光线垂直射入光伏电池板表面时，可接收最大的太阳福射，最大化地利用太阳能。目前 太阳能光伏电站光伏组件方阵（太阳能电池板）的安装主要有两种安装方式，一是固定式 安装，太阳能电池面板的方向是固定不变的；二是安装跟踪系统，使电池面板的方向跟随太 阳转动，始终使太阳光线垂直射入光伏组件方阵表面，电池板可接收到最大的太阳福射。显 然，有跟踪系统的太阳能光伏电站光伏组件能更有效地利用太阳能，但因跟踪装置复杂难 实现，且投资成本和维护成本都很高，目前安装跟踪系统的光伏电站很少，或即使安装了在 运行中也没有使用，已投运或即将投运的光伏电站大多是固定式安装或实际运行中未使用 跟踪系统。相关资料表明，一些投运的固定式光伏电站很少或没有对太阳能电池板倾斜角 进行调整，或者倾斜角设置不合理，普遍对其提高转换效率的意识不足，没能很好地最大化 利用太阳能。
[0004] 目前，安装太阳能电池板基本上采用的是固定式安装方法，由于无法确定比较合 理的电池板倾斜角，安装的时候往往凭经验和感觉，随着太阳的直射角度的不断变化，太阳 能利用率往往较低。因此，急需一种优化电池板倾斜角度的方法，W提高转化效率，降低太 阳能发电成本。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种提高转换效率的太阳能电池板倾斜角选取方法，解决 目前的太阳能电池板安装方法导致光伏发电转换效率不高，太阳能利用率较低的问题。
[0006] 本发明为实现上述目的，采用W下技术方案实现：
[0007] 一种提高转换效率的太阳能电池板倾斜角选取方法，包括W下步骤：
[000引 （a)获取与太阳光线垂直的地表的太阳福射强度；
[0009] 化）计算太阳能电池板倾斜面的太阳福射强度；
[0010] (C)计算太阳能电池板倾斜面在一天内有效日照在H个小时内的太阳福射强度， 其中0兰H兰24 ;
[0011] (d)计算太阳能光伏阵列日发电量；
[0012] (e)求取太阳能电池板的最佳倾斜角。
[0013] 进一步地，作为优选方案，所述步骤（a)的具体过程为：
[0014] (al)计算日地距离修正系数r，距离1月1日第n天的日地距离修正系数为：
[00 巧]
(1)
[0016] (a2)计算大气质量m ;
[0017]
(2)
[001引式中，h为太阳高度角；Z为观察点的海拔高度；P(z)为观察点的大气压，W化表 示；
[0019] (a3)计算与太阳光线垂直的地表的太阳福射强度I。：
[0020] 1。= rl 曰cP-做
[0021] 式中，为太阳常数，即平均日地距离时地球大气上届垂直于太阳光线表面的单 位面积上单位时间内所接收的太阳福射能，其参考值为1,。= (1367±7)W/m2;r为式（1)所 示的日地距离修正系数；P为大气透明系数；m为式（2)所示的大气质量。
[0022] 大气透明系数是表征大气透明度的特征量，是指透过一个大气质量的透射福射与 入射福射之比。当太阳位于天顶时，在大气上界的福射通量为S0,而到达地面的为S，则S/ so = p，p即为大气透明系数。它表明福射通过大气后的削弱程度。不同波长的削弱不同， P仅表征对各种波长的平均削弱情况，例如P = 0. 8,表示平均削弱了 20%。大气的透明系 数取决于所含水汽、水汽凝结物和尘埃杂质的多少，该些物质愈多，透明度愈差，透明系数 愈小，太阳福射被削减愈多；反之，大气愈干洁，透明度愈好，透明系数愈大，太阳福射被削 弱愈少。可在文献上查到我国各地大气透明系数。
[0023] 进一步地，作为优选方案，所述步骤化）的具体过程为：
[0024] 化1)计算太阳时心
[0025] 我国境内任何地区的太阳时h,可用下式计算
[0026]
(4)
[0027] 式中，L,。为观察点所在地的经度；E为太阳时和钟表时之间的时差；
[002引 化2)计算太阳时角0h;
[0029] 目 h=15(12-h 曰）(5)
[0030] 式中，h为太阳时；
[0031] 化3)计算太阳福射光线射入角0 ;
[0032] 在不计太阳方位角，即W正午时分为准（方位角丫 = 0)，且太阳能电池板面向赤 道（北半球面向正南，南半球面向正北），太阳福射光线的射入角为
[0033] cos 0 = sin (少一/?)siru、. + cos(少一/?)cos <)'cos 0/, (6)
[0034] 式中，口为当地绅度；e为太阳能电池板的倾斜角；S为太阳赤绅角，即太阳直射 点的绅度，反映一年四季地球接收太阳光的不同位置；e h为太阳时角。
[0035] 化4)太阳能电池板倾斜面的太阳福射强度
[0036] 由下式可得电池板倾斜面上的太阳福射强度I。。为
[0037] Icn=Incos 白=rIscPm cos 白（7)
[003引式中，0为太阳福射光线的射入角，即太阳福射光线与电池板倾斜面法线之间夹 角。
[0039] 进一步地，作为优选方案，所述步骤（C)的具体过程为：
[0040] (cl)计算太阳能电池板倾斜面在t时段内的太阳福照度Ha:
[0041]
C8)
[00创（础一天内有效日照H小时数内的太阳福照度Hw为
[0043]
(9)
[0044] 进一步地，作为优选方案，所述步骤（d)的具体过程为：
[0045] 由日太阳福照度和光伏阵列的标称容量，可求得太阳能光伏阵列的日发电量
[0046] Apd= H Ad ? K ?Pas(kWh/d) (10)
[0047] 式中，K为综合设计系数，综合设计系数是多项修正系数的综合，如入射量修正系 数、太阳能电池转换效率修正系数等与光伏电池板性能有关的修正系数，可在光伏电池板 手册上查到。Pas为标准状态（AM为1. 5,日照强度为IkW/m2,太阳能电池单元温度为25度） 下太阳能光伏阵列的输出功率（kW)，AM1. 5就是光线通过大气的实际距离为大气垂直厚度 的1. 5倍，其实就是光通过大气有衰减，所W定义一个距离而已。
[0048] 进一步地，作为优选方案，所述步骤（e)的具体过程为：
[0049] (el)根据全年最大太阳福照度，得到优化目标函数为
[(K)加]
[0化1] 其中，0为当地绅度，0为太阳能电池板的倾斜角；5为太阳赤绅角，即太阳直射 点的绅度，反映一年四季地球接收太阳光的不同位置；0 M为太阳时角，P为大气透明系数， m为大气质量，Hay为全年太阳福射强度；
[005引（础通过式（11)计算出％最大时的倾斜角0，该倾斜角0即为太阳能电池板 的全年最佳倾斜角0。。。
[0053] 进一步地，作为优选方案，还包括计算全年两个时间段内不同的最佳倾斜角，具体 步骤如下：
[0054] (fl)通过式（2)计算春分、夏至、秋分和冬至四个时间节点的大气质量指数，春 季、夏季、秋季、冬季的大气质量指数对应等于春分、夏至、秋分和冬至四个时间节点的大气 质量指数；
[005引（切考虑到太阳时角的影响不大，一年四季太阳时h满取为12,由式妨可得太 阳时角