Yerli fotovoltaik endüstrisinin hızlı gelişimi, fotovoltaik enerji santrallerinin ölçeğinde ve miktarında önemli bir artışa yol açmıştır. Endüstrinin sürekli gelişimi ve olgunluğu, enerji santrali tasarımına yönelik daha yüksek gereksinimleri de ortaya çıkarmıştır. Önceki kapsamlı tasarım artık günümüzün geliştirme ihtiyaçlarını karşılayamıyor. Fotovoltaik enerji santrallerinin rafine tasarımı, sahiplerinin ve yatırımcıların takdirini kazanmak amacıyla enerji santralinin sistem verimliliğini artırmak için her ayrıntıyı gerektirir.
Fotovoltaik enerji santrallerinin inşaat ve kurulum sürecinde, farklı fotovoltaik teknolojiler ve sistem tasarımları, eğim açısı ve yönelim açısından farklı gereksinimlere sahiptir. En iyi güç üretim etkisini sağlamak için sıklıkla "optimum eğim açısı" olarak anılır. Optimum eğim açısı nedir?
Fotovoltaik modülün yüzeyi ile zemin seviyesi arasındaki açıya eğim açısı denir. Dünya Güneş'in etrafında döner ve bir devrim periyodunda, Dünya'ya doğrudan gelen güneş ışığının noktası Yengeç Dönencesi ile Oğlak Dönencesi arasında ileri geri hareket eder. Dolayısıyla fotovoltaik modüllerin yüzey düzlemi tarafından alınan toplam radyasyon miktarı farklı eğim açılarında değişiklik gösterir. Enerji santrallerini tasarlarken genellikle yıl boyunca farklı eğim açılarındaki kümülatif radyasyonun geçmiş verilerine başvuruyoruz ve en uygun eğim açısı tasarımı olarak en yüksek radyasyona sahip açıyı seçiyoruz.
"Fotovoltaik Güç İstasyonları için Tasarım Kodu" GB 50797-2012'ye göre, optimum eğim açısı maksimum yıllık toplam radyasyon olarak tanımlanır. Sabit fotovoltaik dizi bu eğim açısında eğimli yüzey üzerinde maksimum yıllık toplam radyasyonu alıyorsa, eğim açısına optimal eğim açısı denir (en yüksek yıllık güç üretimi yerine); Ancak bazı senaryolarda optimum eğim açısı aynı zamanda en yüksek yıllık enerji üretimine karşılık gelen eğim açısı, en yüksek verime karşılık gelen eğim açısı, en yüksek aylık enerji üretimine karşılık gelen eğim açısı ve hesaplanan diğer optimum eğim açıları da olabilir. çeşitli sınırlayıcı koşullar altında. Bu makale temel olarak yıllık toplam radyasyonun en yüksek olduğu eğim açısını tartışmaktadır.
Neden optimum eğim açısına ihtiyacımız var?
Optimum eğim açısı öncelikle daha fazla güneş ışınımı alacak şekilde tasarlanmıştır. Eğik bir fotovoltaik dizi için, güneşin bu diziye farklı geliş açıları, birim alan başına alınan normal güneş ışınımının farklı miktarlarıyla sonuçlanacaktır. Geliş açısı ne kadar büyük olursa (fotovoltaik dizinin normaline dik açı), alınan normal güneş ışınımı da o kadar az olur (aynı radyasyon girişi için). Fotovoltaik dizinin eğim açısındaki değişiklik, güneşin geliş açısında bir değişikliğe neden olacak ve dolayısıyla radyasyon alımını etkileyecektir. Bu nedenle yıllık radyasyon alımına göre en uygun eğim açısının teorik hesaplamalarla elde edilmesi gerekmektedir.
Güneş ışınımı alan bileşenin şematik diyagramı
Uygulamada optimum eğim açısının tasarlanması sürecinde proje şantiyesinin coğrafi ve doğal ortamı gibi faktörlerin de dikkate alınması gerekmektedir. Eğim açısının kar kaymasına etkisi; Eğim açısındaki değişikliklerin bileşenlerin rüzgar basıncı ve kar basıncı direnci üzerindeki etkisi; Aynı zamanda fotovoltaik braket malzemelerinin seçimi ve temel ağırlıklarına bu faktörlerin etkisinin yanı sıra arazi maliyetlerini artıran aşırı yüksek açılardan kaynaklanan ön ve arka sıralar arasındaki mesafedeki değişikliklerin de dikkate alınması gerekir.
Optimum eğim açısı nasıl hesaplanır?
Optimum eğim açısının hesaplanması, güneşin her anki yükseklik ve azimutunu belirlemek için yerel enlem ve boylamı, yerel güneş radyasyonunun özelliklerini belirlemek için ise uzun yıllar boyunca yıllık ortalama radyasyon verilerini gerektirir. Radyasyon verilerine ve enlem ve boylam hesaplamalarına dayanarak, farklı eğim açılarına sahip fotovoltaik dizilerin yıllık toplam radyasyon alımı toplanır ve en yüksek yıllık toplam radyasyona sahip eğim açısı, optimum eğim açısı olarak seçilir. Genel olarak PVsyst gibi yazılımlar, optimum eğim açısını rahat ve hızlı bir şekilde hesaplamak için kullanılabilir.
Farklı eğim açılarının enerji üretimi üzerindeki etkisini karşılaştırmak için tek değişkenli bir karşılaştırmanın kullanılması tavsiye edilir. Ancak genel olarak aynı elektrik santrali bileşeninin eğim açısı aynı açı ve yönelimdedir ve farklı bölgelerdeki elektrik santrallerini karşılaştırırken birçok etkileyici faktör vardır. Bu nedenle, bunu göstermek için PV Sistem tasarım yazılımının kullanılması düşünülmektedir. Yazılımının meteorolojik verileri NASA ve Meteonorm meteoroloji veritabanlarından gelmektedir ve gerçek hesaplamalar sonucunda doğruluk oranı referans alınabilir %99'a kadar çıkmaktadır.
Etkileyen ana faktörler nelerdir:
Enlem ve Sezon:Fotovoltaik modüllerin güneş ışınımını mümkün olan maksimum düzeyde alabilmesi için konumun enlemesine ve mevsimsel değişikliklerine göre eğimi ve yönelimi belirleyin. Genel olarak konuşursak, Kuzey Yarımküre'de eğim açısı enlem açısı eksi 10 ila 15 derece, yönelim ise güneye doğru ayarlanabilir.
Güneş yükseklik açısı:Güneş yükseklik açısı, zamana ve mevsimlere göre değişen, güneşin gökyüzündeki yüksekliğini ifade eder. Güneşin yükseklik açısındaki değişiklikleri inceleyerek, eğimi ve yönelimi seçerek fotovoltaik modüller, farklı zaman dilimlerinde güneş ışınımını maksimum düzeyde alabilir.
Gölge tıkanıklığı:Gölge tıkanması fotovoltaik modüllerin güç üretim verimliliğini azaltabilir. Eğim ve yönelimi seçerken binaların, ağaçların veya diğer nesnelerin neden olduğu gölgelemeyi dikkate almak gerekir. Fotovoltaik enerji santrallerinin enerji üretim verimliliğini artırmak için gölge engelini önleyin veya en aza indirin.
Sıcaklık etkisi:Yüksek sıcaklıklar fotovoltaik modüllerin verimliliğinde azalmaya neden olabilir. Uygun eğim ve yönlendirme, ısının bileşenlerden dağıtılmasına ve sıcaklık etkilerinin güç üretimi verimliliği üzerindeki etkisinin azaltılmasına yardımcı olabilir.
Zemin kullanımı:Eğimi ve yönelimi seçerken fotovoltaik enerji santralinin zemin kullanımını göz önünde bulundurun. Maksimum enerji üretim verimliliği elde etmek için mevcut arazi veya bina alanına göre uygun eğimi ve yönelimi belirleyin.
Fotovoltaik sistemlerin enerji üretim verimliliğini artırmak için fotovoltaik modüllerin eğim açısını ve yönünü optimize edin.
Eğim açısı optimizasyonu:
Mevsimsel ayarlama:Fotovoltaik modüllerin eğim açısını lokasyondaki mevsimsel değişikliklere göre ayarlayın. Kışın eğim açısının uygun şekilde arttırılması, fotovoltaik panel ile doğrudan güneş ışığı arasındaki temas alanını artırabilir ve kışın enerji üretim verimliliğini artırabilir; Yaz aylarında, yüksek sıcaklıklarda doğrudan güneş ışığının neden olduğu fotovoltaik panellerin aşırı ısınma potansiyelini en aza indirmek için eğim açısı azaltılır.
Enlem ayarı:Konumun enlemine göre en uygun eğim açısını belirleyin. Genel olarak konuşursak, enlem açısından yaklaşık 15 derece çıkarmak, fotovoltaik modüllerin maksimum güneş radyasyonu enerjisi almasına olanak tanıyan makul bir eğim ayarıdır.
Optimizasyona doğru:
Güney yönü:Kuzey yarımkürede, fotovoltaik modüller güneş ışınımının alımını en üst düzeye çıkarmak için güneye doğru yönlendirilir. Güneye doğru yönelim, fotovoltaik modüllerin çoğu zaman maksimum güneş ışığına maruz kalmasını sağlar.
Doğu Batı Yönü:Sabah ve öğleden sonra enerji üretimini dengelemenin gerekli olduğu bazı durumlarda, fotovoltaik modüller her iki yöne yönlendirilerek sabah ve akşam eğik güneş sayesinde enerji üretimi artırılır.
Takip sistemi:Fotovoltaik modüllerin yönünü güneşin hareketine göre otomatik olarak ayarlamak ve güneş ışınımının alımını en üst düzeye çıkarmak için bir izleme sistemi kullanın. Takip sistemleri genellikle iki türe ayrılır: tek eksenli takip ve çift eksenli takip. Çift eksenli izleme güneşin hareketini daha doğru bir şekilde takip edebilir ancak maliyeti daha yüksektir.
Gölge analizi ve optimizasyonu:
Gölgelerden Kaçının:Fotovoltaik modüllerin çevredeki binaların, ağaçların ve diğer nesnelerin gölgeleri tarafından engellenmesini önleyerek, fotovoltaik modüllerin gün boyu güneş ışığını tam olarak alabilmesini sağlayın.
Ağaçları düzenli olarak kesin:Fotovoltaik modüller üzerindeki gölge etkilerini azaltmak için çevredeki ağaçları düzenli olarak kesin.
Fotovoltaik enerji santrallerinin tasarımı ve işletilmesinde gölge analizi ve optimizasyon teknikleri çok önemlidir.
Optimum eğim açısı sabit ve değişmez mi? Fotovoltaik enerji santrallerinin optimum eğim açısında en yüksek geliri sağlayacağı kesin mi?
Optimum eğim açısı, yüksek radyasyon alımı anlamına gelir ancak aynı zamanda nispeten büyük bir ayak izi anlamına da gelir. Örneğin sınırlı bir şantiye alanında optimum eğim açısı azaldıkça kurulu kapasite artmaya devam edecektir. Eğim açısının düşürülmesi elektrik üretimini azaltacak, kurulu kapasitenin arttırılması ise elektrik üretimini artıracaktır. Bu nedenle, hangi eğim açısının sonuçta en yüksek getiriyi sağladığını belirlemek için dış koşullara dayalı daha fazla teknik ve ekonomik karşılaştırmalara ihtiyaç vardır. Genel bir çimento düz çatının montaj açısının 10 dereceden büyük olması tavsiye edilir; bu, yağmur suyu bileşenlerinin kendi kendini temizlemesi açısından faydalıdır.
Optimum enerji üretimi eğim açısı sabit değildir, aslında dizi aralığıyla yakından ilgilidir. Dizi aralığı ne kadar büyük olursa, optimum güç üretimi eğim açısının değeri, optimum radyasyon eğim açısına o kadar yakın olur. Teorik olarak eğer aralık yıl boyunca engellenmeyecek kadar büyükse ikisinin değeri aynıdır.
İklimin belirsizliğinden dolayı, optimal eğim açısı yalnızca geçmiş verilere dayalı göreceli optimal eğim açısı olarak adlandırılabilir. İlk olarak, optimal eğim açısı geçmiş radyasyon verilerine bağlı olarak değişmektedir. 5-yıllık geçmiş veriler ile 10-yıllık geçmiş veriler kullanılarak hesaplanan optimum eğim açısı arasında bazı farklılıklar vardır; İkinci olarak, tarihsel ortalama veriler, yerel radyasyon özelliklerinin yüksek olasılığını temsil eder, ancak belirli bir yıl için bu mutlaka en uygun seçim olmayabilir.
Özet:
(1) Optimum eğim açısı yerel coğrafi enlemle ilişkilidir. Ekvator referans noktası alınarak coğrafi enlem, Dünya'nın kutuplarına doğru giderek arttıkça, buna karşılık gelen optimum eğim açısı da giderek artar.
(2) Eğim açısı yataydan (0 derece) optimal eğim açısına yükseldiğinde, yüzeyin aldığı radyasyon miktarı da buna bağlı olarak artar ve optimum eğim açısına ulaşıldığında maksimum radyasyon miktarı alınır. ; Eğim açısı artmaya devam ettikçe yüzeyinin aldığı radyasyon miktarı tekrar azalmaya başlar, bu da güç üretimindeki kademeli bir azalmaya karşılık gelir.
(3) Eğim açısı optimum eğim açısının ± 5 derecesi dahilinde olduğunda radyasyonun güç üretimi üzerindeki etkisi nispeten küçüktür.
(4) Optimum eğim açısının tasarlanıp tasarlanmayacağı, kurulum sahası koşullarına ve planın ekonomik yapılabilirliğine göre kapsamlı bir şekilde değerlendirilmeli ve körü körüne tasarlanmamalıdır.
(5) Aralık ve eğim açısının optimize edilmesiyle elektrik santralinin ekonomisi ve enerji üretimi önemli ölçüde iyileştirilebilir.