国内の太陽光発電産業の急速な発展により、太陽光発電所の規模と量は大幅に増加しました。業界の継続的な発展と成熟により、発電所の設計に対する要求も高まっています。以前の広範な設計では、今日の開発ニーズを満たすことができなくなりました。太陽光発電所の洗練された設計では、所有者や投資家の評価を得るために、発電所のシステム効率を向上させるためにあらゆる細部が要求されます。
太陽光発電所の建設および設置プロセスでは、太陽光発電技術やシステム設計が異なれば、傾斜角や向きについての要件も異なります。発電効果を最大限に高めるために、「最適な傾斜角」がよく言われます。最適な傾斜角度はどれくらいですか?
太陽電池モジュールの表面と地面との間の角度を傾斜角といいます。地球は太陽の周りを公転しており、一公転周期内に地球上の直射日光の当たる点は北回帰線と北回帰線の間を往復します。したがって、太陽光発電モジュールの表面が受け取る放射線の総量は、傾斜角が異なると変化します。発電所を設計する場合、通常、年間を通じてさまざまな傾斜角での累積放射線の履歴データを参照し、放射線が最も高い角度を最適な傾斜角設計として選択します。
「太陽光発電所の設計基準」GB 50797-2012 によれば、最適な傾斜角は最大年間総日射量として定義されています。固定太陽光発電アレイがこの傾斜角で傾斜面上で年間最大総放射線量を受け取る場合、その傾斜角は (年間最大発電量ではなく) 最適傾斜角と呼ばれます。ただし、シナリオによっては、最適な傾斜角は、最高の年間発電量に対応する傾斜角、最高の収量に対応する傾斜角、最高の月間発電量に対応する傾斜角、および計算された他の最適な傾斜角である場合もあります。さまざまな制限条件下で。この記事では主に、年間総日射量が最大となる傾斜角について説明します。
なぜ最適な傾斜角が必要なのでしょうか?
最適な傾斜角は、主により多くの日射を受けるように設計されています。傾斜した太陽光発電アレイの場合、太陽の入射角が異なると、単位面積あたりに受け取る通常の太陽放射の量も異なります。入射角（太陽電池アレイの法線に垂直な角度）が大きいほど、（同じ放射線入力に対して）受け取る法線太陽放射線は少なくなります。太陽電池アレイの傾斜角の変化は太陽の入射角の変化を引き起こし、それによって放射線の受信に影響を与えます。そのため、年間の放射線受信量に基づいて理論計算により最適な傾斜角度を求める必要があります。
日射を受けるコンポーネントの概略図
実際に最適な傾斜角を設計する過程では、プロジェクト建設現場の地理的および自然環境などの要因も考慮する必要があります。傾斜角が雪滑りに及ぼす影響。傾斜角の変化がコンポーネントの風圧や耐雪圧に及ぼす影響。同時に、これらの要因が太陽光発電ブラケットの材料や基礎の重量の選択に与える影響や、過度の角度による前列と後列の間隔の変化によって土地コストが増加することを考慮する必要があります。
最適な傾斜角度を計算するにはどうすればよいですか?
最適な傾斜角の計算には、各瞬間の太陽の高度と方位を決定するための現地の緯度と経度、および地域の日射の特性を決定するための長年にわたる年間平均日射量データが必要です。放射線データと緯度経度の計算に基づいて、異なる傾斜角を持つ太陽電池アレイの年間総放射線量が蓄積され、年間総放射線量が最も高い傾斜角が最適な傾斜角として選択されます。一般に、PVsyst などのソフトウェアを使用すると、最適な傾斜角度を簡単かつ迅速に計算できます。
発電に対するさまざまな傾斜角の影響を比較するには、単一変数の比較を使用することをお勧めします。しかし、一般に、同じ発電所の構成要素の傾斜角は同じ角度および方向であり、異なる地域の発電所を比較する場合には、多くの影響要因が存在します。したがって、それを実証するために太陽光発電システム設計ソフトウェアを使用することが考えられます。同ソフトの気象データはNASAやMeteonorm気象データベースから取得しており、実際の計算によるとその精度は99％と高く、参照可能である。
以下に影響を与える主な要因は何ですか:
緯度と季節:太陽電池モジュールが最大限に日射を受けるように、その場所の緯度や季節の変化に基づいて傾きや向きを決定します。一般的に北半球では、傾斜角は緯度から10～15度を引いた角度、方位は真南に設定できます。
太陽高度角:太陽高度角とは、空にある太陽の高さを指し、時間や季節によって変化します。太陽高度角の変化を研究し、傾きと向きを選択することにより、太陽光発電モジュールはさまざまな時間帯で最大限の太陽放射を受け取ることができます。
シャドウオクルージョン:影のオクルージョンは、太陽光発電モジュールの発電効率を低下させる可能性があります。傾きや向きを決める際には、建物や樹木などの影を考慮する必要があります。太陽光発電所の発電効率を向上させるために、影の障害物を回避または最小限に抑えます。
温度の影響:高温は太陽光発電モジュールの効率の低下につながる可能性があります。適切な傾斜と向きは、コンポーネントからの熱の放散に役立ち、発電効率に対する温度の影響を軽減します。
地面の利用状況:太陽光発電所の地盤利用を考慮して傾斜や向きを選定してください。発電効率を最大限に高めるために、利用可能な土地や建物のスペースに基づいて適切な傾斜と向きを決定します。
太陽光発電モジュールの傾斜角や向きを最適化し、太陽光発電システムの発電効率を向上させます。
傾斜角の最適化:
季節調整:設置場所の季節の変化に応じて太陽電池モジュールの傾斜角度を調整します。冬場は傾斜角を適切に大きくすることで太陽光発電パネルと直射日光の接触面積が増え、冬場の発電効率が向上します。夏には、高温時の直射日光によって太陽電池パネルが過熱する可能性を最小限に抑えるために、傾斜角が減少します。
緯度調整:設置場所の緯度に基づいて最適な傾斜角度を決定します。一般に、緯度角から約 15 度を引くのが、太陽電池モジュールが最大の日射エネルギーを受け取ることができる適切な傾斜設定です。
最適化に向けて:
南向き:北半球では、太陽放射を最大限に受け取るために太陽光発電モジュールは南に向けられます。南向きに配置すると、ほとんどの時間、太陽電池モジュールが最大限の太陽光にさらされることが保証されます。
東西方向:朝と午後の発電量をバランスさせたい場合には、太陽光発電モジュールを両方向に設置することで、朝夕の斜光による発電量を増加させます。
追跡システム:追跡システムを使用して、太陽の動きに応じて太陽電池モジュールの向きを自動的に調整し、太陽放射の受信を最大化します。トラッキング システムは通常、単軸トラッキングと二軸トラッキングの 2 つのタイプに分類されます。 2 軸追跡は太陽の動きをより正確に追跡できますが、コストは高くなります。
影の分析と最適化:
影を避ける:太陽電池モジュールが周囲の建物、樹木、その他の物体の影によって妨げられないようにして、太陽電池モジュールが一日中太陽光を十分に受け取ることができるようにしてください。
定期的に木を伐採します。周囲の木を定期的に伐採して、太陽光発電モジュールへの影の影響を軽減します。
影の分析と最適化の技術は、太陽光発電所の設計と運用において重要です。
最適な傾斜角度は固定されており、変化しないのでしょうか?最適な傾斜角で太陽光発電所の収益が最も高くなるのは確実ですか?
最適な傾斜角は放射線の受信率が高いことを意味しますが、設置面積が比較的大きいことも意味します。たとえば、限られた敷地面積では、最適な傾斜角度が減少するにつれて、設置容量は増加し続けます。傾斜角を小さくすると発電量は減り、設置容量を増やすと発電量は増加します。したがって、最終的にどの傾斜角が最大の利益を生み出すかを決定するには、外部条件に基づいた技術的および経済的な比較をさらに行う必要があります。一般的なセメント平屋根の設置角度は、雨水成分の自浄作用に有利な10度以上が推奨されています。
最適な発電傾斜角は固定されておらず、実際にはアレイの間隔と密接に関係しています。アレイ間隔が大きくなるほど、最適な発電チルト角の値は最適な放射チルト角に近づきます。理論的には、間隔が年間を通じて遮るものがないほど十分に大きい場合、2 つの値は同じになります。
気候は不確実であるため、最適な傾斜角は、過去のデータに基づいた相対的な最適な傾斜角としてのみ参照できます。まず、最適な傾斜角度は過去の放射線データに応じて異なります。 5- 年の履歴データと 10- 年の履歴データを使用して計算された最適な傾斜角にはいくつかの違いがあります。第 2 に、過去の平均データは局所的な放射線特性の高い確率を表しますが、特定の年においては、それが必ずしも最適な選択であるとは限りません。
まとめ：
(1) 最適な傾斜角は、地域の地理的緯度に関連します。赤道を基準点として地球の極に向かって地理的緯度が徐々に増加するにつれて、対応する最適な傾斜角も徐々に増加します。
(2) 傾斜角が水平 (0 度) から最適な傾斜角まで増加すると、それに応じて表面が受け取る放射線の量も増加し、最適な傾斜角に達したときに最大量の放射線が受け取られます。 ;傾斜角が増加し続けると、その表面が受け取る放射線の量は再び減少し始め、これは発電量の漸進的な減少に対応します。
（３）傾斜角が最適傾斜角の±５度以内であれば、放射線による発電への影響は比較的小さい。
(4) 最適な傾斜角を設計するかどうかは、設置場所の条件や計画の経済性などを総合的に判断する必要があり、やみくもに設計すべきではありません。
(5) 間隔と傾斜角度を最適化することにより、発電所の経済性と発電量を大幅に向上させることができます。