太阳辐照值的监测与研究课件

上海电力学院太阳能研究所赵春江太阳太阳辐照辐照值的监测与研究值的监测与研究 2015.9上海电力学院太阳能研究所太阳辐照值的监测与研究 2015.9 监测与研究的目的监测与研究的目的 1.为评估光伏发电系统的发电量提供计算依据。2.为光伏微电网的能量管理和平衡控制提供控制参数。监测与研究的目的 简 介介在编制一个大型光伏发电系统的可行性研究报告或为一个普通家庭设计家用光伏发电系统时，讲到投资回报率或投资回收年限时，无一例外地要用到一个重要的参数，即该系统光伏阵列倾斜面上的年太阳辐照量。世界各地气象部门几乎都只能提供水平面辐照量，而要把这些数据换算成所设计的光伏阵列的倾斜面辐照量，则必须知道其与水平面辐照量的比值。笔者建立了一套完整的家用PV发电系统和相关的数据检测采集处理传输装置，经过多年连续不断的检测、收集和整理，汇总成一套比较有规律的数据，可供科研和设计人员参考。简 介在编制一个大型 第一套家用光伏系统（第一套家用光伏系统（3kW）（）（2006年建）年建）第一套家用光伏系统（3kW）（2006年建）与与第一套家用光伏系统配套的太阳能辐照仪第一套家用光伏系统配套的太阳能辐照仪与第一套家用光伏系统配套的太阳能辐照仪与与第一套家用光伏系统配套的气温仪第一套家用光伏系统配套的气温仪与第一套家用光伏系统配套的气温仪建筑一体化光伏微电网系统（建筑一体化光伏微电网系统（3.7kW）（）（2012年建）年建）建筑一体化光伏微电网系统（3.7kW）（2012年建）与光伏微电网配套的太阳能辐照仪与光伏微电网配套的太阳能辐照仪 与光伏微电网配套的太阳能辐照仪 气温仪和风向风速仪气温仪和风向风速仪 气温仪和风向风速仪 A/D转换器转换器 A/D转换器 数据采集处理系统数据采集处理系统 数据采集处理系统 倾斜面与水平面辐照量倾斜面与水平面辐照量的各月比值（的各月比值（5/0）倾斜面与水平面辐照量的各月比值（5/0）倾斜面与水平面辐照量倾斜面与水平面辐照量的各月比值（的各月比值（10/0）倾斜面与水平面辐照量的各月比值（10/0）倾斜面与水平面辐照量倾斜面与水平面辐照量的各月比值（的各月比值（15/0）倾斜面与水平面辐照量的各月比值（15/0）倾斜面与水平面辐照量倾斜面与水平面辐照量的各月比值（的各月比值（20/0）倾斜面与水平面辐照量的各月比值（20/0）倾斜面与水平面辐照量倾斜面与水平面辐照量的各月比值（的各月比值（25/0）倾斜面与水平面辐照量的各月比值（25/0）倾斜面与水平面辐照量倾斜面与水平面辐照量的各月比值（汇总）的各月比值（汇总）倾斜面与水平面辐照量的各月比值（汇总）对模模拟函数求函数求导通过对模拟函数求导，获知倾斜面与水平面辐照量最小比值发生的月份。5/0Y=0.0028X-0.0145令Y=0，则X=5.18(月)10/0Y=0.006X-0.0344令Y=0，则X=5.73（月）15/0Y=0.0146X-0.0879令Y=0，则X=6.02（月）20/0Y=0.0196X-0.1209令Y=0，则X=6.17（月）25/0Y=0.022X-0.1324令Y=0，则X=6.02（月）对模拟函数求导通过对模拟函数求导，获知倾斜面 对模模拟函数函数积分分通过对模拟函数积分，找出何种倾角能获取最大辐照量。5/0ydx=11.452310/0ydx=11.655615/0ydx=12.117420/0ydx=11.869225/0ydx=11.8356 对模拟函数积分通过对模拟函数积分，找出何 讨 论虽然比值本身是一个无量纲值，但它是两个光能量的比值，体现了不同安装倾角的增益多寡，模拟曲线则体现了增益的走势。然而模拟曲线互相之间有交叉点，很难判断出太阳电池方阵在各安装倾角全年的光收集性能的优劣，因此对它进行积分分析。从模拟函数的积分值可以看出，上海地区比较好的安装倾角大概在15至20 之间，而不是在以前我们通常采用的20至25 之间。笔者认为这种差异也许是最近几年自然环境恶化，雾霾增多，造成太阳光直射成分大大减少，天空散射增多，从而使安装倾角朝着更容易接收散射光的较平缓的倾角转化。当然这一点还需要进一步研究证实。讨 论虽然比值本身是一 倾斜面与水平面辐照量倾斜面与水平面辐照量的各月比值的各月比值1月2月3月4月5月6月5/01.060 1.026 1.033 1.026 1.020 1.020 10/01.104 1.057 1.060 1.038 1.020 1.013 15/01.229 1.116 1.106 1.053 1.029 1.026 20/01.233 1.161 1.072 1.030 1.001 0.966 25/01.2341.1351.0911.0160.9580.9387月8月9月10月11月12月全年：x/05/01.020 1.033 1.049 1.062 1.077 1.067 1.037 10/01.034 1.051 1.069 1.079 1.121 1.131 1.056 15/01.026 1.048 1.086 1.175 1.207 1.267 1.096 20/00.9801.02025/00.9660.9831.0881.1501.2581.3221.075 倾斜面与水平面辐照量的各月比值1月2月3月4月5比值随气候变化而变化的趋势比值随气候变化而变化的趋势比值随气候变化而变化的趋势日最高最低气温的差值与辐照量的关系日最高最低气温的差值与辐照量的关系研究日最高最低气温的差值与辐照量的关系，有以下几个目的：1.用高低温差值来检验当天天气的晴朗度（晴、阴、雨情况），检验辐照量、发电量记录数据的真伪。2.利用凌晨高低温差值的变化速率来预测当天的天气情况（辐照量大小），并把预测信息提供给光伏微电网能量管理系统（EMS）。日最高最低气温的差值与辐照量的关系研究日最高最低气温的差值与日最高最低气温的差值与辐照量的关系日最高最低气温的差值与辐照量的关系日最高最低气温的差值与辐照量的关系 结论结论 太阳光是一种辐射能，到达地面的太阳光由直射光与散射光合成。不同斜面（包括水平面）接收到的太阳光，其直射光与散射光的含量是不同的，直射光与散射光的含量还与气象、空气清洁度有关。了解直射光与散射光的含量对设计光伏方阵的倾角很重要。本监测研究获得如下结果：1.天空昏暗程度越大，散射光含量越大，直至100%。在阴雨天和雾霾天多的地区（比如京、沪、川、黔等地区），由于散射光占了相当大的比例，而散射光在空间全域几乎是均匀分布的，因此太阳电池方阵的安装倾角应该比理论计算值适当调低，以使太阳电池获取更多的散射光。2.水平面安装的情况下，可以考虑采用弱光性能好的太阳电池。3.从各月的比值规律性变化可以看出，如能采取可以调节倾角的方阵安装方式，无疑能大大提高发电量。4.本研究结果是在太阳电池方阵面向正南的情况下得到的，由于处于同一纬度线上的地区，面向正南安装的太阳电池方阵，在相同的当地时刻所对应的太阳高度和方位角是相等的，上海处于北纬31，因此本研究结果可以在环绕地球北纬30线形成的地域带参考应用。结论 太阳光 建建 议如果人类的可持续发展最终只能依靠太阳能的话，则处于千秋万代的考虑，建议在我国2800多个县都能至少设立一个多种倾斜面太阳辐照值综合监测站，为太阳能应用事业服务。建 议如果人类的可持续发 为了蓝天白云的回归，让我们共同努力吧！为了蓝天白云的回归，让我们共同努力吧！