[發明專利]一種針對非正南向坡面的光伏組件安裝設計方法

有效

• 申請號: 201610605158.0
• 申請日: 2016-07-27
• 公開（公告）號: CN106452301B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 肖運啟;苗田銀;張美玲;薛光楠
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02S20/10
• 分類號: H02S20/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

1.一種針對非正南向坡面的光伏組件安裝設計方法，其特征在于，具體包括光伏組件陣列的行向走向、縱向走向、支架傾角的確定方法，以及陰影分析、間距設計方法，非正南向坡面上光伏組件安裝設計步驟如下：

1)首先建立空間坐標系，其中X軸正方向為正西，Y軸正方向為正南，X-Y構成水平平面；Z軸正方向為豎直向上，表示高度；本坐標系符合上北下南左西右東的慣例；其次定義方向角φ,即在X-Y平面上一直線μ與Y軸正南方向所夾之角，規定由正南向順時針為正向，由正南向逆時針為負向，即正西向為90°，正東向為-90°；定義傾角θ，即空間中某平面與X-Y平面的夾角；

2)通過實地測量，得到坡面s的方向角φ_s；得到坡面s的傾角θ_s；計算坡面s的單位法向量

3)已知待安裝光伏組件的目標方向角φ_d和目標傾角θ_d,計算組件朝向面d的單位法向量

4)在坡面內，光伏組件以多行平行的形式規則排列，定義位于坡面表面的單位行向量當每行光伏組件的底邊或底部橫向支架沿向量所確定的方向鋪設時，滿足安裝光伏組件的目標方向角φ_d和目標傾角θ_d的要求，則進行向量的計算；

5)光伏組件行向走向確定后，在滿足安裝的光伏組件的目標方向角φ_d和目標傾角θ_d的要求條件下計算光伏組件支架與坡面的夾角γ，此夾角γ是由光伏組件支架實現的；

6)光伏組件以光伏組件支架與坡面的夾角γ立于坡面后，光伏組件的側邊的單位向量的計算方法如下：

a.由于光伏組件為矩形，所以側邊向量垂直于底邊向量

b.由于側邊向量在光伏組件朝向面d內，所以垂直于

c.由于分別垂直于和所以其中符號“×”為幾何向量的“交叉乘積”運算；

7)光伏組件以光伏組件支架與坡面的夾角γ立于坡面后，其陰影向量計算方法如下步驟：

a.根據已知太陽高度角α和方向角φ_r，在空間坐標系下描述太陽光線單位向量

式中：負號表示該向量由太陽發出指向坡面；

b.，光伏組件的側邊的單位向量經過組件最上端的邊緣光線是經側邊頂端照射到坡面上的，設側棱頂端到坡面間光路程為k，表示為向量設光伏組件在坡面上所形成的陰影向量為方向由光伏組件側邊底端指向陰影末端；則光伏組件的側邊的單位向量光程向量陰影向量構成一個矢量三角形：

S→=VL→+kR→]]>

同時，由于陰影在坡面上，所以陰影向量必然與坡面法向量垂直：

S→·μs→=0]]>

上兩式聯立，求得陰影向量

S→=VL→-VL→·μs→R→·μs→R→]]>

8)光伏組件陣列的縱向向量的計算方法如下：

a.光伏組件陣列縱向向量垂直于光伏組件行向向量

b.光伏組件縱向向量也在坡面s上，所以垂直于坡面s的法向量

c.由于向量分別垂直于和所以：

d.向量確定后，可計算在X-Y軸平面上的方向角σ：

σ＝tan^-1(AX_X/AX_Y)，其中AX_Y為在Y軸上的分量，AX_X為在X軸上的分量；在坡面確定某行光伏組件的安裝起點A1，以水平羅盤確定方向角為σ的水平直線方向，向坡面做投影所形成的直線，即為由A1點確定的方向為的光伏組件陣列的縱向安裝方向；

e.陣列間距即為相鄰兩行光伏組件陣列的底邊在方向上的距離；

9)組件在縱向向量方向上的實際投影長度L_AX的計算方法如下：

由于光伏組件側邊的單位向量為所以若光伏組件側邊的實際長度為L_VL,則在方向上的實際陰影長度L_AX為：

LAX=LVL|S→·AX→|AX→||;]]>

10)光伏組件陣列的縱向行間距設計方法如下：

a.根據冬至日這一特殊的日期所具有日照條件的m個小時的平均太陽高度角和方向角數據，依據步驟7-9依次確定陰影在縱向向量上的各小時平均的投影長度其中i＝1,2,..,m；

b.將各按從小到大的順序排序，形成序列Arr；

c.根據光伏電站設計規范中對組件在一日內最低無遮擋小時數T的要求，在序列Arr中找到第T個變量該值即為滿足無遮擋要求的行間間距的最小值。