光伏支架作为光伏电站重要的组成部分,它承载着光伏电站的发电主体。支架的选择直接影响着光伏组件的运行安全、破损率及建设投资,选择合适的光伏支架不但能降低工程造价,也会减少后期养护成本。
光伏阵列不随太阳入射角变化而转动,以固定的方式接收太阳辐射。根据倾角设定情况可以分为:倾角固定式、斜屋面固定式和倾角可调固定式。
1、倾角固定式
先计算出当地安装倾角,而后全部阵列采用该倾角固定安装,目前在平**屋面电站和地面电站广泛使用。
1)平**屋面-混凝土基础支架
平**屋面混凝土基础支架是目前平屋面电站中常用的安装形式,根据基础的形式可以分为条形基础和独立基础;支架支撑柱与基础的连接方式可以通过地脚螺栓连接或者直接将支撑柱嵌入混凝土基础。
优点:抗风能力好,可靠性强,不破坏屋面防水结构。
缺点:需要先制作好混凝土基础,并养护到足够强度才能进行后续支架安装,施工周期较长。
2)平**屋面-混凝土压载支架
根据施工经验,地锚法施工基础为牢固,安全性,但是地锚与太阳能光伏支架连接部位需要特别定做,造价很高。相比之下,直埋式施工简便,只需要使用开孔机在现场开孔并灌注混凝土,在混凝土未凝固之前将槽钢直接插入孔中即可,但是与地锚法相比,直埋式基础对现场土壤的自立性要求较高,需要进行前期的地质勘测试验。当然,在地质情况非常有**的情况下,也可以不做前期的地质勘探。
太阳能光伏支架主、次梁的排布方式主要取决于电池板的安放方法。总的来说,由于电况允许的前提下,直埋法显然**地锚法。
跟踪式光伏支架
当太阳光线垂直于电池面板时,太阳能接收到的太阳能,发电功率也
高。但是地球时时刻刻都在进行公转和自转,因此太阳光线角度是时刻都在发生变化的。而固定支架,因为电池面板是固定的,因此不能保证尽量让太阳光线垂直电池面板,不能充分利用太阳能。
因此跟踪系统是尽量去对准太阳,使太阳光线在电池面板单位面积的接收到的太阳光线更多,从而增加发电量。目前而言,跟踪系统包括单周跟踪系统与双轴跟踪系统两大类,单轴跟踪系统又分为水平单轴跟踪系统和斜单轴跟踪系统。
水平单轴跟踪
水平单轴跟踪适合在低纬度地区,通常跟踪太阳的高度角来提高太阳光线在电池面板的垂直分量来提高其发电量。水平单轴跟踪系统,不是单纯跟踪太阳高度角,而是采取一套复杂的计算算法,使得其太阳光线在电池面板的垂直分量化,来控制其运动角度。这样化的增大了光伏发电量。水平单轴跟踪一般相对于固定支架能增加20%到30%之间
在太阳能光伏电站设计中,电池阵列的布置非常重要。阵列间的距离对电站的输出功率和转换效率有较大的影响,如安装不妥,后排的太阳光将被**遮挡。与阵列间距密切相关的是太阳高度角,因此本文中提出了两种计算太阳高度角的方法,并对结果进行比较
太阳高度角是指对于地球上的某个地点太阳光的入射方向和地平面之间的夹角。太阳高度角是决定地球表面获得太阳热能多少的重要因素。
4.1.1影子倍率法计算太阳高度角
一般在水平面垂直竖立的高为L的木杆,其南北方向影子的长度为Ls,太阳的高度角为h,方位角为α,那么影子的倍率R可由下式表示:
R = LS/L= ctgh·cosα ( 1)
式中: R为影子倍率;L为阵列高度;Ls为影子长度;h为太阳高度角;α为太阳方位角。
阵列的影子长度因安装场所的维度、季节、时间不同而异,如果在影子长的冬至,从午前9:00至午后15: 00,影子对阵列没有影响,说明太阳电池输出功率不受影响。通过“冬至太阳位置图”可以知道这段时间内的太阳高度角h和方位角α。
4.1.2根据函数计算太阳高度角
根据球面三角函数分析认为太阳高度与观测者的地理纬度、太阳赤纬和方位角有着一定关系,它们之间的关系式为:
sinh = sinφ·sinδ + cosφ·cosδ·cosα ( 2)
式中: φ———当地纬度角;
δ———当地赤纬角。
一年中*n 天的赤纬角δ按如下公式计算:
δ= 23. 45·sin[360·(284 + n)/365] ( 3)
式( 2) ( 3) 中,若已知某点的地理位置,日期和时刻,就可以算出当地当时的太阳高度角。正午时,太阳方位角为零,则cosα= 1,式( 2)变为
sinh = sinφ·sinδ + cosδ·cosδ =cos(φ-δ) = sin[90°-( φ-δ)]( 4)
得出计算太阳高度角的基本公式:
h=90°-(φ-δ) ( 5)
4.2 阵列间距的计算
4.2.1 利用4.1.1中方法计算间距
由公式( 1) 可以得出:
LS = L·ctgh·cosα (6)
h 与α根据当地纬度可以查出,Ls即可求出。
4.2.2利用4.1.1 中方法计算间距
由图15可以知道太阳高度角与电池阵列之间的关系,由几何图形分析可得:
(L-e)/Ls= tgh = tg[90°- ( φ-δ) ] (7)
Ls = ( L - e) ·ctgh= ( L-e)·ctg[90°-(φ-δ)] ( 8)
由公式( 8) 可知,太阳高度角h 越小,其投影距离L 越大。所以设计采用小的入射角即冬至日太阳高度角进行阵列间距的计算可以满足要求。
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