上海電力學(xué)院太陽能研究所趙春江太陽輻照值的監(jiān)測與研究

2015.9

監(jiān)測與研究的目的1.為評(píng)估光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量提供計(jì)算依據(jù)。2.為光伏微電網(wǎng)的能量管理和平衡控制提供控制參數(shù)。簡介在編制一個(gè)大型光伏發(fā)電系統(tǒng)的可行性研究報(bào)告或?yàn)橐粋€(gè)普通家庭設(shè)計(jì)家用光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，講到投資回報(bào)率或投資回收年限時(shí)，無一例外地要用到一個(gè)重要的參數(shù)，即該系統(tǒng)光伏陣列傾斜面上的年太陽輻照量。世界各地氣象部門幾乎都只能提供水平面輻照量，而要把這些數(shù)據(jù)換算成所設(shè)計(jì)的光伏陣列的傾斜面輻照量，則必須知道其與水平面輻照量的比值。筆者建立了一套完整的家用PV發(fā)電系統(tǒng)和相關(guān)的數(shù)據(jù)檢測采集處理傳輸裝置，經(jīng)過多年連續(xù)不斷的檢測、收集和整理，匯總成一套比較有規(guī)律的數(shù)據(jù)，可供科研和設(shè)計(jì)人員參考。

第一套家用光伏系統(tǒng)（3kW）（2006年建）與第一套家用光伏系統(tǒng)配套的太陽能輻照儀與第一套家用光伏系統(tǒng)配套的氣溫儀建筑一體化光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)（3.7kW）（2012年建）與光伏微電網(wǎng)配套的太陽能輻照儀氣溫儀和風(fēng)向風(fēng)速儀A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

傾斜面與水平面輻照量的各月比值（5°/0°）傾斜面與水平面輻照量的各月比值（10°/0°）

傾斜面與水平面輻照量的各月比值（15°/0°）傾斜面與水平面輻照量的各月比值（20°/0°）傾斜面與水平面輻照量的各月比值（25°/0°）傾斜面與水平面輻照量的各月比值（匯總）對(duì)模擬函數(shù)求導(dǎo)通過對(duì)模擬函數(shù)求導(dǎo)，獲知傾斜面與水平面輻照量最小比值發(fā)生的月份。5°/0°Y＇=0.0028X-0.0145令Y＇=0，則X=5.18(月)10°/0°Y＇=0.006X-0.0344令Y＇=0，則X=5.73（月）15°/0°Y＇=0.0146X-0.0879令Y＇=0，則X=6.02（月）20°/0°Y＇=0.0196X-0.1209令Y＇=0，則X=6.17（月）25°/0°Y＇=0.022X-0.1324令Y＇=0，則X=6.02（月）對(duì)模擬函數(shù)積分通過對(duì)模擬函數(shù)積分，找出何種傾角能獲取最大輻照量。5°/0°∫ydx=11.452310°/0°∫ydx=11.655615°/0°∫ydx=12.117420°/0°∫ydx=11.869225°/0°∫ydx=11.8356討論雖然比值本身是一個(gè)無量綱值，但它是兩個(gè)光能量的比值，體現(xiàn)了不同安裝傾角的增益多寡，模擬曲線則體現(xiàn)了增益的走勢(shì)。然而模擬曲線互相之間有交叉點(diǎn)，很難判斷出太陽電池方陣在各安裝傾角全年的光收集性能的優(yōu)劣，因此對(duì)它進(jìn)行積分分析。從模擬函數(shù)的積分值可以看出，上海地區(qū)比較好的安裝傾角大概在15?至20?之間，而不是在以前我們通常采用的20?至25?之間。筆者認(rèn)為這種差異也許是最近幾年自然環(huán)境惡化，霧霾增多，造成太陽光直射成分大大減少，天空散射增多，從而使安裝傾角朝著更容易接收散射光的較平緩的傾角轉(zhuǎn)化。當(dāng)然這一點(diǎn)還需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

傾斜面與水平面輻照量的各月比值

1月2月3月4月5月6月

5°/0°1.0601.0261.0331.0261.0201.020

10°/0°1.1041.0571.0601.0381.0201.013

15°/0°1.2291.1161.1061.0531.0291.026

20°/0°1.2331.1611.0721.0301.0010.966

25°/0°1.2341.1351.0911.0160.9580.938

7月8月9月10月11月12月全年：x°/0°5°/0°1.0201.0331.0491.0621.0771.0671.03710°/0°1.0341.0511.0691.0791.1211.1311.05615°/0°1.0261.0481.0861.1751.2071.2671.09620°/0°0.9801.020

25°/0°0.9660.9831.0881.1501.2581.3221.075比值隨氣候變化而變化的趨勢(shì)日最高最低氣溫的差值與輻照量的關(guān)系研究日最高最低氣溫的差值與輻照量的關(guān)系，有以下幾個(gè)目的：1.用高低溫差值來檢驗(yàn)當(dāng)天天氣的晴朗度（晴、陰、雨情況），檢驗(yàn)輻照量、發(fā)電量記錄數(shù)據(jù)的真?zhèn)巍?.利用凌晨高低溫差值的變化速率來預(yù)測當(dāng)天的天氣情況（輻照量大?。?，并把預(yù)測信息提供給光伏微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（EMS）。日最高最低氣溫的差值與輻照量的關(guān)系結(jié)論

太陽光是一種輻射能，到達(dá)地面的太陽光由直射光與散射光合成。不同斜面（包括水平面）接收到的太陽光，其直射光與散射光的含量是不同的，直射光與散射光的含量還與氣象、空氣清潔度有關(guān)。了解直射光與散射光的含量對(duì)設(shè)計(jì)光伏方陣的傾角很重要。本監(jiān)測研究獲得如下結(jié)果：1.天空昏暗程度越大，散射光含量越大，直至100%。在陰雨天和霧霾天多的地區(qū)（比如京、滬、川、黔等地區(qū)），由于散射光占了相當(dāng)大的比例，而散射光在空間全域幾乎是均勻分布的，因此太陽電池方陣的安裝傾角應(yīng)該比理論計(jì)算值適當(dāng)調(diào)低，以使太陽電池獲取更多的散射光。2.水平面安裝的情況下，可以考慮采用弱光性能好的太陽電池。3.從各月的比值規(guī)律性變化可以看出，如能采取可以調(diào)節(jié)傾角的方陣安裝方式，無疑能大大提高發(fā)電量。4.本研究結(jié)果是在太陽電池方陣面向正南的情況下得到的，由于處于同一緯度線上的地區(qū)，面向正南安裝的太陽電池方陣，在相同的當(dāng)?shù)貢r(shí)刻所對(duì)應(yīng)的太陽高度和方位角是相等的，上海處于北緯31°，因此本研究結(jié)果可以在環(huán)繞地球北緯30°線形成的