Sự phát triển bùng nổ của ngành công nghiệp quang điện trong nước đã kéo theo sự gia tăng đáng kể về quy mô và số lượng các nhà máy quang điện. Sự phát triển và trưởng thành không ngừng của ngành cũng đặt ra những yêu cầu cao hơn đối với thiết kế nhà máy điện. Thiết kế mở rộng trước đây không còn có thể đáp ứng nhu cầu phát triển ngày nay. Thiết kế tinh tế của các nhà máy điện quang điện đòi hỏi từng chi tiết để nâng cao hiệu suất hệ thống của nhà máy điện nhằm giành được sự công nhận của chủ sở hữu và nhà đầu tư.
Trong quá trình xây dựng và lắp đặt các nhà máy quang điện, các công nghệ quang điện và thiết kế hệ thống khác nhau có những yêu cầu khác nhau về góc nghiêng và hướng. Để đảm bảo hiệu quả phát điện tốt nhất, người ta thường nhắc đến “góc nghiêng tối ưu”. Góc nghiêng tối ưu là gì?
Góc giữa bề mặt của mô-đun quang điện và mặt đất được gọi là góc nghiêng. Trái đất quay quanh Mặt trời và trong một chu kỳ cách mạng, điểm ánh sáng mặt trời trực tiếp trên Trái đất di chuyển qua lại giữa Chí tuyến Bắc và Chí tuyến Nam. Vì vậy, tổng lượng bức xạ mà mặt phẳng bề mặt của các mô-đun quang điện nhận được sẽ thay đổi theo các góc nghiêng khác nhau. Khi thiết kế nhà máy điện, chúng ta thường tham khảo số liệu lịch sử về bức xạ tích lũy ở các góc nghiêng khác nhau trong năm và chọn góc có bức xạ cao nhất làm thiết kế góc nghiêng tối ưu.
Theo "Quy tắc thiết kế cho các nhà máy quang điện" GB 50797-2012, góc nghiêng tối ưu được xác định là tổng bức xạ tối đa hàng năm. Nếu mảng quang điện cố định nhận được tổng bức xạ hàng năm tối đa trên bề mặt nghiêng ở góc nghiêng này thì góc nghiêng được gọi là góc nghiêng tối ưu (chứ không phải là sản lượng điện phát ra hàng năm cao nhất); Tuy nhiên, trong một số kịch bản, góc nghiêng tối ưu còn có thể là góc nghiêng tương ứng với sản lượng điện phát ra hàng năm cao nhất, góc nghiêng tương ứng với sản lượng điện cao nhất, góc nghiêng tương ứng với sản lượng điện phát ra hàng tháng cao nhất và các góc nghiêng tối ưu khác được tính toán. trong các điều kiện giới hạn khác nhau. Bài viết này chủ yếu thảo luận về góc nghiêng có tổng bức xạ hàng năm cao nhất.
Tại sao chúng ta cần góc nghiêng tối ưu?
Góc nghiêng tối ưu được thiết kế chủ yếu để nhận được nhiều bức xạ mặt trời hơn. Đối với một dãy quang điện nghiêng, các góc tới khác nhau của mặt trời chiếu vào nó sẽ dẫn đến lượng bức xạ mặt trời bình thường nhận được trên một đơn vị diện tích khác nhau. Góc tới càng lớn (góc vuông góc với pháp tuyến của mảng quang điện), bức xạ mặt trời nhận được càng ít bình thường (đối với cùng một bức xạ đầu vào). Sự thay đổi góc nghiêng của mảng quang điện sẽ gây ra sự thay đổi góc tới của mặt trời, từ đó ảnh hưởng đến khả năng tiếp nhận bức xạ của nó. Vì vậy, cần thu được góc nghiêng tối ưu dựa trên lượng bức xạ tiếp nhận hàng năm thông qua tính toán lý thuyết.
Sơ đồ linh kiện nhận bức xạ mặt trời
Trong quá trình thiết kế góc nghiêng tối ưu trên thực tế cũng cần xem xét đến các yếu tố như điều kiện địa lý, môi trường tự nhiên của khu vực thi công dự án. Tác động của góc nghiêng đến trượt tuyết; Ảnh hưởng của sự thay đổi góc nghiêng đến khả năng chịu áp lực gió và áp lực tuyết của các bộ phận; Đồng thời, cần xem xét tác động của các yếu tố này đến việc lựa chọn vật liệu khung quang điện và trọng lượng nền cũng như sự thay đổi khoảng cách giữa hàng trước và hàng sau do góc quá cao, làm tăng chi phí đất đai.
Làm thế nào để tính toán góc nghiêng tối ưu?
Việc tính toán góc nghiêng tối ưu đòi hỏi kinh độ, vĩ độ cục bộ để xác định độ cao, góc phương vị của mặt trời tại từng thời điểm và dữ liệu bức xạ trung bình hàng năm trong nhiều năm để xác định đặc điểm bức xạ mặt trời cục bộ. Dựa trên dữ liệu bức xạ và tính toán vĩ độ, kinh độ, tổng lượng bức xạ tiếp nhận hàng năm của các mảng quang điện với các góc nghiêng khác nhau sẽ được tích lũy và góc nghiêng có tổng bức xạ hàng năm cao nhất được chọn làm góc nghiêng tối ưu. Nói chung, phần mềm như PVsyst có thể được sử dụng để tính toán góc nghiêng tối ưu một cách thuận tiện và nhanh chóng.
Nên sử dụng một so sánh biến duy nhất để so sánh tác động của các góc nghiêng khác nhau đến việc phát điện. Nhưng nhìn chung, góc nghiêng của cùng một bộ phận trạm điện là cùng một góc và cùng hướng và có nhiều yếu tố ảnh hưởng khi so sánh các trạm điện ở các vùng khác nhau. Vì vậy, người ta cân nhắc sử dụng phần mềm thiết kế PV System để chứng minh điều đó. Dữ liệu khí tượng trong phần mềm của nó đến từ cơ sở dữ liệu khí tượng của NASA và Meteonorm, và thông qua tính toán thực tế, tỷ lệ chính xác của nó lên tới 99%, có thể tham khảo.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến là gì:
Vĩ độ và Mùa:Xác định độ nghiêng và hướng dựa trên vĩ độ và sự thay đổi theo mùa của vị trí để các mô-đun quang điện có thể nhận được bức xạ mặt trời ở mức tối đa có thể. Nói chung, ở Bắc bán cầu, góc nghiêng có thể được đặt là góc vĩ độ âm 10 đến 15 độ và hướng có thể được đặt là hướng nam.
Góc độ cao mặt trời:Góc độ cao mặt trời đề cập đến độ cao của mặt trời trên bầu trời, thay đổi theo thời gian và mùa. Bằng cách nghiên cứu sự thay đổi góc độ cao của mặt trời, chọn độ nghiêng và hướng, các mô-đun quang điện có thể nhận được bức xạ mặt trời ở mức tối đa trong các khoảng thời gian khác nhau.
Sự tắc bóng:Sự tắc bóng có thể làm giảm hiệu suất phát điện của các mô-đun quang điện. Khi chọn độ nghiêng và hướng, cần xem xét bóng do tòa nhà, cây cối hoặc các vật thể khác gây ra. Tránh hoặc giảm thiểu bóng cản trở để nâng cao hiệu suất phát điện của các nhà máy quang điện.
Hiệu ứng nhiệt độ:Nhiệt độ cao có thể làm giảm hiệu suất của các mô-đun quang điện. Độ nghiêng và hướng thích hợp có thể giúp tản nhiệt từ các bộ phận và giảm tác động của hiệu ứng nhiệt độ đến hiệu suất phát điện.
Sử dụng đất:Khi chọn độ nghiêng và hướng, hãy xem xét việc sử dụng mặt đất của nhà máy quang điện. Xác định độ nghiêng và hướng thích hợp dựa trên diện tích đất hoặc không gian xây dựng sẵn có để đạt được hiệu quả phát điện tối đa.
Tối ưu hóa góc nghiêng và hướng của các mô-đun quang điện để nâng cao hiệu suất phát điện của hệ thống quang điện.
Tối ưu hóa góc nghiêng:
Điều chỉnh theo mùa:Điều chỉnh góc nghiêng của mô-đun quang điện theo sự thay đổi theo mùa tại địa điểm. Vào mùa đông, việc tăng góc nghiêng thích hợp có thể tăng diện tích tiếp xúc giữa tấm quang điện và ánh nắng trực tiếp, đồng thời nâng cao hiệu suất phát điện trong mùa đông; Vào mùa hè, góc nghiêng được giảm xuống để giảm thiểu khả năng quá nhiệt của các tấm quang điện do ánh nắng trực tiếp gây ra khi nhiệt độ cao.
Điều chỉnh vĩ độ:Xác định góc nghiêng tối ưu dựa trên vĩ độ của vị trí. Nói chung, trừ đi khoảng 15 độ so với góc vĩ độ là cài đặt độ nghiêng hợp lý cho phép các mô-đun quang điện nhận được năng lượng bức xạ mặt trời tối đa.
Hướng tới tối ưu hóa:
Hướng Nam:Ở bán cầu bắc, các mô-đun quang điện được hướng về phía nam để tối đa hóa khả năng tiếp nhận bức xạ mặt trời. Hướng về phía Nam đảm bảo rằng các mô-đun quang điện nhận được ánh sáng mặt trời tối đa trong hầu hết thời gian.
Hướng Đông Tây:Trong một số trường hợp cần cân bằng việc phát điện vào buổi sáng và buổi chiều, các mô-đun quang điện được định hướng theo cả hai hướng, tăng khả năng phát điện qua ánh nắng xiên vào buổi sáng và buổi tối.
Hệ thống theo dõi:Sử dụng hệ thống theo dõi để tự động điều chỉnh hướng của các mô-đun quang điện theo chuyển động của mặt trời, tối đa hóa khả năng tiếp nhận bức xạ mặt trời. Hệ thống theo dõi thường được chia thành hai loại: theo dõi trục đơn và theo dõi trục kép. Theo dõi trục kép có thể theo dõi chuyển động của mặt trời chính xác hơn nhưng chi phí cao hơn.
Phân tích và tối ưu hóa bóng:
Tránh bóng tối:Tránh để các mô-đun quang điện bị che khuất bởi bóng của các tòa nhà, cây cối xung quanh và các vật thể khác, đảm bảo các mô-đun quang điện có thể nhận đầy đủ ánh sáng mặt trời suốt cả ngày.
Cắt tỉa cây thường xuyên:Cắt tỉa cây xung quanh thường xuyên để giảm tác động của bóng lên các mô-đun quang điện.
Kỹ thuật phân tích và tối ưu hóa bóng rất quan trọng trong thiết kế và vận hành các nhà máy quang điện.
Góc nghiêng tối ưu có cố định và không thay đổi không? Có chắc chắn rằng nhà máy điện quang điện sẽ có doanh thu cao nhất ở góc nghiêng tối ưu?
Góc nghiêng tối ưu có nghĩa là khả năng thu bức xạ cao nhưng cũng có nghĩa là dấu chân tương đối lớn. Ví dụ, trong một khu vực hạn chế, khi góc nghiêng tối ưu giảm, công suất lắp đặt sẽ tiếp tục tăng. Việc giảm góc nghiêng sẽ làm giảm khả năng phát điện, đồng thời tăng công suất lắp đặt sẽ tăng khả năng phát điện. Do đó, cần có những so sánh kỹ thuật và kinh tế hơn nữa dựa trên các điều kiện bên ngoài để xác định góc nghiêng nào cuối cùng mang lại lợi nhuận cao nhất. Góc lắp đặt mái bằng xi măng thông thường được khuyến nghị lớn hơn 10 độ, điều này có lợi cho việc tự làm sạch các thành phần nước mưa.
Góc nghiêng phát điện tối ưu không cố định, trên thực tế nó có liên quan chặt chẽ đến khoảng cách giữa các mảng. Khoảng cách mảng càng lớn thì giá trị của góc nghiêng phát điện tối ưu càng gần với góc nghiêng bức xạ tối ưu. Về lý thuyết, nếu khoảng cách đủ lớn để không bị cản trở trong suốt cả năm thì giá trị của cả hai là như nhau.
Do tính không ổn định của khí hậu, góc nghiêng tối ưu chỉ có thể được coi là góc nghiêng tối ưu tương đối dựa trên dữ liệu lịch sử. Thứ nhất, góc nghiêng tối ưu thay đổi tùy thuộc vào dữ liệu bức xạ lịch sử. Có một số khác biệt giữa góc nghiêng tối ưu được tính toán bằng cách sử dụng dữ liệu lịch sử năm 5- và dữ liệu lịch sử năm 10-; Thứ hai, dữ liệu trung bình lịch sử thể hiện xác suất cao về các đặc điểm bức xạ cục bộ, nhưng trong một năm nhất định, nó có thể không nhất thiết là lựa chọn tối ưu.
Bản tóm tắt:
(1) Góc nghiêng tối ưu có liên quan đến vĩ độ địa lý địa phương. Khi vĩ độ địa lý tăng dần về phía các cực của Trái đất với đường xích đạo làm điểm tham chiếu thì góc nghiêng tối ưu tương ứng cũng tăng dần.
(2) Khi góc nghiêng tăng từ phương ngang ({1}} độ ) đến góc nghiêng tối ưu, lượng bức xạ mà bề mặt nhận được sẽ tăng tương ứng và lượng bức xạ nhận được tối đa khi đạt được góc nghiêng tối ưu ; Khi góc nghiêng tiếp tục tăng, lượng bức xạ mà bề mặt của nó nhận được lại bắt đầu giảm, tương ứng với việc sản lượng điện phát ra giảm dần.
(3) Ảnh hưởng của bức xạ đến việc phát điện là tương đối nhỏ khi góc nghiêng nằm trong khoảng ± 5 độ so với góc nghiêng tối ưu.
(4) Việc thiết kế góc nghiêng tối ưu hay không cần phải được đánh giá toàn diện dựa trên điều kiện địa điểm lắp đặt và tính khả thi về mặt kinh tế của phương án, đồng thời không nên thiết kế một cách mù quáng.
(5) Bằng cách tối ưu hóa khoảng cách và góc nghiêng, tính kinh tế và khả năng phát điện của nhà máy điện có thể được cải thiện đáng kể.