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论太阳能阵列最小间距的算法

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echo 发表于 2013-8-27 09:27:39 |只看该作者 |倒序浏览

我觉得中国的屋顶和澳洲的屋顶是有很大区别的。我们国内的主体是平房，一栋多户，讲究一个整体规划的鸟瞰感觉。但是澳洲大多数是私人宅子，用的是22.5度的倾角屋顶，他们的板子是可以直接flat mounting的。而国内大部分的系统都需要tilt，外加国内住房面积小，导致大多数的楼顶宽度窄，所以可能需要多个行数。行与行之间的距离太宽，则直接减少可安装的太阳能板数量，进而减少可系统大小。太近又会造成阴影遮盖，导致投入和产出比的严重不平衡。所以，最优行间距的测算会是将来太阳能分布式系统应用和安装的一个很重要的考虑因素。同样的测算对于大商业项目的free standing太阳能系统也很需要，甚至更加需要。

目前澳洲比较通用的算法是澳洲清洁能源委员会推荐的，也是国内绝大多数光伏工程师用来测算的方法。可是我觉得还可以改进的。主要是冬至入射角的问题，因为入射角的采样是从观测站拿到的数据，可是事实上不同地点在相同时间的入射角是不一样的。包括CEC给的表格也只有几个大城市的角度，所以周边城市也只能用大城市的方位角和高度角作为参考。这样的算法给不同的安装合同工使用是可以的，但是如果作为工程测算，是绝对不行的，因为误差的范围是不可调控的。第二就是这种算法的假设条件必须是正南或正北，事实上这种假设在实际应用上是非常理想化的，不同朝向的阵列对相同行间距的后一排造成的遮挡程度也是完全不一样。高度角和方位角对于不同的true solar time，在一个稳定的垂直高度定量前提下是一个函数的变化关系。所以不能用线性变化推断，这和太阳的parabolic行径有关。综上两点所述，目前的算法，是需要改进的。

另外一个就是避免遮挡的时间段选取。我看到一些追求0遮挡的文章提议应该是从早上9点到下午3点，我不同意。选取时间段的长短是直接影响太阳的高度角采样进而决定最优间距的计算的。基于太阳年变化和日变化的路径（sun path diagram)，9点的时候，尤其在冬天，是刚刚在往光照强度的峰值攀爬的过程中，小时发电量相比正午是可以选择性忽略的。这也是为什么我们追求峰值日照小时（peak sun hour）这个定量的原因。从9点到3点，期间6个小时。以首都为例，北京的年平均PSH仅仅只有4.2hr或更少（这取决于首都的环境恶化进度），这还是完美的艳阳天的前提，实际应用打折后只有紧紧约3.2-3.7hr左右。所以以浪费将近1米多的距离而减少整整一行的组件来收获可能仅仅只有200-400W/m^2的光照强度的选择，我觉得是不值得的。在夏季阳光充足，日照时间充沛的时候可以很轻松的把冬季丢失的这段能量补足。我建议把理想时间间隔改为10点到2点，以基于4个小时的PSH时间来测算和选取高度角，就合理和实际更多。当然必须承认的是，如果楼顶或工地面积够宽够大，哪怕留出2.5米的距离也是绰绰有余的话，那么自然是0遮挡的时间越长越好。可是在中国这个寸土寸金的国家，这样无疑是断了将来打算扩大系统规模的可能性，不然就要翻新全部的组件安装，需要重新规划和安装。

太阳能系统的设计取决的是最优化而不是阶段性的最大化，不仅仅是行间距，在倾角，屋檐距离，防风，自动清洁这些地方也是一杨。任何的设计都无法做到方方面面的尽善尽美，可是太阳能系统是一个15-20年质保的项目，真正能做到在规定面积内的发电量最大化，在保证系统质量的前提下给客户带来最快的投资回收期限，应是项目设计师和工程师持之以恒，不懈追求的目标。