迪拜并网光伏阵列的太阳辐射量及最佳倾角计算.doc

迪拜并网光伏阵列的太阳辐射量及最佳倾角计算【摘要】通过对迪拜地区太阳辐射的变化趋势 和资源丰度的分析评价，并基于 Klein 提出的散射辐 射各向同性的假设，计算出该地全年最佳倾角及其相 应倾斜面年总辐射量。结果表明：该地区属于太阳能 资源丰富区；辐射形式处于直射辐射较多等级；全年 最佳倾角为 26°，其相应斜面年总辐射量为 2449kWh/m2。【关键词】太阳总辐射；太阳能资源；最佳倾角； 并网光伏阵列；迪拜迪拜并网光伏项目位于迪拜的太阳能公园中，厂址坐标为 24° 45'30"24° 45'50"N , 55° 21'39" 55° 21'49"E。本文通过分析厂址地区太阳能资源变化 和不同倾角的太阳总辐射量计算，为工程方案设计提 供理论参考依据。1 太阳能资源1.1 太阳辐射资料的选取距离厂址东北约 9km 有 Saih Al Salem 气象站，该 站自 2003年开始太阳辐射观测，本次收集到该站 20032011 年（共 9 年）多年平均逐月太阳辐射资料。由于参证站实测资料系列较短，为了研究工程点 太阳辐射长期变化趋势， 同时选取了 SolarGIS 软件气 象数据库19812000年（共20年）的基于卫星数据 的太阳能资料。1.2 太阳辐射变化规律Saih Al Salem气象站和SolarGIS软件气象数据库 的太阳总辐射年内变化趋势见图 1。由图可知，该气 象站实测的太阳总辐射年内的变化与卫星数据的年内 趋势基本一致，前者逐月平均值普遍小于后者，偏差 比例在 2% 16%之间，年平均偏少 7%。因此，可以 得出该气象站实测的太阳辐射能够表征工程区域多年 逐月变化特征，可以作为本工程分析计算的基础。图1 Saih Al Salem气象站和SolarGIS软件气象数 据库的太阳总辐射年内变化趋势Saih Al Salem气象站水平面太阳总辐射和直接辐 射年内变化如图 2 所示。从图中可以看出本地区总辐 射和直射辐射年内变化趋势均成单峰型。其中 5 月的 月总辐射和直射辐射最大，分别为 208.57 和 138.80kWh/m2；1 月的月总辐射最小，为 208.57kWh/m2, 12月的直射辐射最小，仅 65.30kWh/m2。图 2 水平面太阳总辐射和直接辐射年内变化根据文献 2 中直射比的定义，得到本地区的直射 比的年内变化趋势如图 3 所示。从月变化来看，本地 区的直射比均大于 0.5。图 3 直射比的年内变化 1.3太阳能资源评估根据文献 2 ，太阳能资源丰富程度以年太阳总辐 射量为指标，该地区太阳总辐射年平均值为 2012.77kWh/m2，属于资源丰富地区。根据文献 1 ，采用直射比作为衡量指标，该地区 直射比多年平均值为 0.59，属于直接辐射较多地区。2 不同倾斜面太阳辐射量和最佳倾角2.1 倾斜面太阳辐射量和最佳倾角计算方法 目前计算斜面上太阳辐射量的模型很多，每个模 型都有其理论依据，也有其可借鉴之处。本文采用现 阶段国际上通常运用的 Klein 提出的计算倾斜面上月 平均太阳辐照量的方法，即倾斜面上的太阳总辐射由 直接太阳辐射量、天空散射辐射量和地面反射辐射量 这三部分组成，并假定天空散射辐射量是均匀分布的 3-5 。Klein 提出的计算倾斜面上月平均太阳辐照量的 公式如下：其中， HB 为水平面上直接辐射； Hd 为水平面上 散射辐射；H为水平面上总辐射；p为地表反照率;RB 为倾斜面上的直接辐射分量与水平面上直接辐射 分量的比值。本文以倾斜面上全年接收到的太阳辐射量最大的 角度作为最佳倾角。按照上述方法按月计算出不同倾 斜面的总辐射量，并累加得到斜面年总辐射量，得出 全年最大太阳辐照量对应的角度即为最佳倾角。2.2 不同倾斜面太阳总辐射计算和最佳倾角的确 定采用前述中的计算方法，以多年平均的水平面辐 射量为基础，计算了本地区不同倾角斜面上太阳总辐 射月总量，最后逐月累加得到年总量，取日平均值， 结果见图 4。可以发现，随着斜面倾角的增大，斜面上的年总 辐射量呈单峰型的变化趋势，存在一个极大点为 26°，相应倾斜面上年太阳总辐射为 2449kWh/m2本地区的直射比较大， 故最佳倾角大于当地纬度 这与前人的研究结论相一致：全年最佳倾角与当地直 接辐射量占总辐射量的比例有很大关系，比例大的地 区全年最佳倾角大 3-5 。图 4 不同倾角斜面上日平均太阳总辐射3 结论（1）通过对本地区的太阳能资源分析评价， 表明 本地区属于太阳能资源丰富区，辐射等级处于直射辐 射较多等级 .（2）基于 Klein 提出的散射辐射各向同性的假设， 计算得到本工程全年最佳倾角为 26°，略高于当地纬 度，与前人研究的结论基本相吻合。参考文献1 成驰，陈正洪，李芬等 .湖北省咸宁市光伏电 站太阳能资源评价J.长江流域资源与环境，2011, 20 （9）： 1 067-1 072 .2 DL/T 5158-2012 ，电力工程气象勘测技术规程S .北京：中国计划出版社， 2012.3 孙韵琳，杜晓荣， 王小杨等 .固定式并网光伏阵列的辐射量计算与倾角优化J.太阳能学报，2009, 30（12）：1597-1601.4 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- 92.5 杨金焕，毛家俊， 陈中华.不同倾斜面上太阳辐 射量及最佳倾角的计算J.上海交通大学学报，2002, 36（7）： 1 032-1 036.