光伏发电 太阳方位角的计算方法

太阳板倾角=90度—当地的太阳高度角

每个地区的太阳高度角都不一样，而且冬季和夏季的太阳高度角也是不一样的。以北京夏季为例：北京夏季的太阳高度角为73.5度 那太阳能板的倾角就是90-73.5=16.5度

太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）。一般情况下，方阵朝向正南（即方阵垂直面与正南的夹角为0°）时，太阳电池发电量是最大的。在偏离正南（北半球）30°度时，方阵的发电量将减少约10％～15％；在偏离正南（北半球）60°时，方阵的发电 量将减少约20％～30％。但是，在晴朗的夏天，太阳辐射能量的最大时刻是在中午稍后，因此方阵的方位稍微向西偏一些时，在午后时刻可获得最大发电功率。 在不同的季节，太阳电池方阵的方位稍微向东或西一些都有获得发电量最大的时候。方阵设置场所受到许多条件的制约，例如，在地面上设置时土地的方位角、在屋顶上设置时屋顶的方位角，或者是为了躲避太阳阴影时的方位角，以及布置规划、发电效率、设计规划、建设目的等许多因素都有关系。

，如果保证负载冬季用电，倾角=纬度+8~10°。如果考虑发电量最大，倾角=纬度——3~5°

总公式为： 倾斜面的总辐射强度=直射辐射强度+散射辐射强度+地面反射辐射强度Iθ=IDθ+Idθ+IRθ

计算天阳直射辐射强度首先需要计算太阳高度角和太阳方位角，从而计算太阳入射角：

cosi=cosθ sinh + sinθ cosh cos( α-γ)

式中：θ——斜面倾角

α——太阳方位角

γ——斜面方位角

h——太阳高度角

倾斜面直射辐射强度IDθ=IDh*cosi/sinh

式中：IDh——水平面直射辐射强度

倾斜面散射辐射强度Idθ=Idh*cos2(θ/2)

式中：Idh——水平面散射辐射强度

倾斜面地面反射辐射强度IRθ=ρg*Ih(1-cos2(θ/2))

式中：Ih——水平面总辐射强度

另外，详细的相关计算方法请Google一下即可：

光伏电站中方位角是太阳能电池方阵实际朝向（即方阵垂直面）与正南方向之间的夹角，在同一倾斜角度下，不同的方位角光伏电池方阵平面接受的光照时间不同、接受到的辐射总量不同，通常将光伏组件方阵朝向接受光照时间最长的方位角视为最佳方位角。

地球由于自西向东的自转运动产生白昼交替现象，太阳始终东起西落；同时地球围绕太阳一直进行公转运动，地球与太阳在空间上距离最近的点为赤道，即南北半球分界线。因此在北半球光伏组件朝向南方，而在南半球，光伏组件安装朝向北方。所以，北半球光伏组件朝正南方向时，组件接受到的光照时间最长。

光伏电站设计时，一般最优方位角选择为正南方向，此方向接受到的光照时间最长。所以常见地面电站无论地形如何，经过人工修正后排布均为正南方向，于田光伏电站方位角也是正南，但在空间上与相邻县道存在夹角。工商业分布式及户用光伏电站因安装在屋顶，只能根据房屋的实际方位角、倾斜角进行安装，若屋顶为混凝土结构屋顶，则可以进行倾斜角和方位角修正设计。

对比方位角对发电量的影响宜采用单一变量对比，但一般厂站方位角设计均为正南方向，因此可使用设计软件进行数据模拟对比。以南疆地区某电站为例，经过PV-system软件测算 历史 发电量和实际发电量对比，2015年-2019年的准确率分别为99.3%、94.9%、98.2%、92.6%、95.1%，平均准确率达96%，因此测算结果具有一定的可靠性。

对数据进行简化分析，将厂站地理信息和倾斜角输入设计软件，通过改变方位角可得出在不同方位角的情况下，电站年累计太阳辐射量和年发电量。

通过数据整理，得出以下曲线：

​综合上述曲线分析得出以下三点：

①在同一倾斜角度下，当方位角为0°时，组件表面接受到的辐照量最大，随着绝对方位角不断增大时，组件表面所接受到的辐照量在数值上依次减小，方位角越大，辐照量减少越快；

②随维度的增加，纬度越高，方位角增加一定数值，其单位辐照量减少越大，即在曲线中其斜率增大；若要得到最大辐射量，对应的倾斜角度也相应增大；

③从曲线图中得出在北半球光伏电站的最佳方位角为正南方向，即0°。

（本文为北极星太阳能光伏网独家供稿，作者：新疆风能 周志雄、郑晨龙，转载须注明作者及出处。）

1、辐照数据

由上表可看出，对于纬度越低地区，方位角南偏西5°时，最佳倾角下的辐照值影响越小。即使对于高纬度地区，南偏西5°造成的辐照值损失也可以忽略不计。

2、组件升级

随着近几年组件技术革新加快，尤其是双面发电组件的面世，地面辐射等非直接热源对光伏发电的影响日益加深。

3、逆变器增效

逆变器有两个重要技术参数：启动电压和MPPT工作电压范围。前者保障逆变器正常启机，后者控制逆变器停机。

为了保障逆变器能稳定运行，启动电压>MPPT最低电压。因此7：00就可以运行发电的逆变器，由于启动电压的限制，要推迟到7：30才能启动。停机时间是17：00。全天发电时间为11.5小时。

如果将方位角设置为南偏西5°，在早晨7：30时，辐照强度已经趋于稳定，我们将逆变器启动电压降低一定数值，甚至可使启动电压=MPPT最低电压。这样早晨依然7：30半启机，而傍晚可推迟到17：30停机。全天发电时间达到12小时。

由于日发电时间增加了半小时，每年新增发电量相当可观。

4、土地面积

如果方位角改为南偏西，则为了避免相互遮挡，组件前后间距相应增加。这时土地面积也会相应增加。

5、施工安装

由于施工是靠GPS定位管桩位置，与方位角关系不大，因此施工安装基本不受影响。

根据最新的《光伏发电站设计规范 GB50797－2012》第6.6条：发电量计算中规定：

1、光伏发电站发电量预测应根据站址所在地的太阳能资源情况，并考虑光伏发电站系统设计、光伏方阵布置和环境条件等各种因素后计算确定。

2 、光伏发电站年平均发电量Ep计算如下：

Ep=HA×PAZ×K

式中：

HA——为水平面太阳能年总辐照量（kW·h/m2）；

Ep——为上网发电量（kW·h）；

PAZ ——系统安装容量（kW）；

K ——为综合效率系数。

综合效率系数K是考虑了各种因素影响后的修正系数，其中包括：

1）光伏组件类型修正系数；

2）光伏方阵的倾角、方位角修正系数；

3）光伏发电系统可用率；

4）光照利用率；

5）逆变器效率；

6）集电线路、升压变压器损耗；

7）光伏组件表面污染修正系数；

8）光伏组件转换效率修正系数。

这种计算方法是最全面一种，但是对于综合效率系数的把握，对非资深光伏从业人员来讲，是一个考验，总的来讲，K2的取值在75%-85%之间，视情况而定。

Ep=HA×PAZ×K。式中：HA——水平面太阳能年总辐照量(kW·h/m2)，Ep——上网发电量(kW·h)，PAZ ——系统安装容量(kW)，K ——为综合效率系数。

综合效率系数K是考虑了各种因素影响后的修正系数，其中包括光伏组件类型修正系数，光伏方阵的倾角、方位角修正系数，光伏发电系统可用率，光照利用率，逆变器效率，集电线路、升压变压器损耗，光伏组件表面污染修正系数，光伏组件转换效率修正系数。

光伏电站注意事项

长时间运行的光伏发电系统，面板积尘对其影响不可小觑。面板表面的灰尘具有反射、散射和吸收太阳辐射的作用，可降低太阳的透过率，造成面板接收到的太阳辐射减少，输出功率也随之减小，其作用与灰尘累积厚度成正比。

同时，光伏面板的其他部位也会受到湿润灰尘的腐蚀，比如结合处、支架等部分，其材料多是各类金属，发生腐蚀后易导致破损、安全性减弱等问题，可能因强风、地震等自然因素遭到破坏而减少光伏面板服役的寿命。