Perkembangan pesat industri fotovoltaik dalam negeri telah menyebabkan peningkatan signifikan dalam skala dan kuantitas pembangkit listrik fotovoltaik. Perkembangan dan kematangan industri yang berkelanjutan juga menuntut persyaratan yang lebih tinggi untuk desain pembangkit listrik. Desain ekstensif sebelumnya tidak lagi dapat memenuhi kebutuhan pembangunan saat ini. Desain pembangkit listrik fotovoltaik yang disempurnakan memerlukan setiap detail untuk meningkatkan efisiensi sistem pembangkit listrik agar dapat memenangkan pengakuan dari pemilik dan investor.
Selama proses konstruksi dan pemasangan pembangkit listrik fotovoltaik, teknologi fotovoltaik dan desain sistem yang berbeda memiliki persyaratan sudut kemiringan dan orientasi yang berbeda. Untuk memastikan efek pembangkitan listrik terbaik, "sudut kemiringan optimal" sering disebut. Berapa sudut kemiringan optimal?
Sudut antara permukaan modul fotovoltaik dan permukaan tanah disebut sudut kemiringan. Bumi berputar mengelilingi Matahari, dan dalam satu periode revolusi, titik sinar matahari langsung ke Bumi bergerak bolak-balik antara Tropic of Cancer dan Tropic of Capricorn. Jadi jumlah total radiasi yang diterima oleh bidang permukaan modul fotovoltaik bervariasi pada sudut kemiringan yang berbeda. Saat merancang pembangkit listrik, kami biasanya mengacu pada data historis radiasi kumulatif pada sudut kemiringan berbeda sepanjang tahun dan memilih sudut dengan radiasi tertinggi sebagai desain sudut kemiringan optimal.
Menurut "Kode Desain untuk Pembangkit Listrik Fotovoltaik" GB 50797-2012, sudut kemiringan optimal didefinisikan sebagai total radiasi tahunan maksimum. Jika susunan fotovoltaik tetap menerima total radiasi tahunan maksimum pada permukaan miring pada sudut kemiringan ini, maka sudut kemiringan tersebut disebut sudut kemiringan optimal (bukan pembangkit listrik tahunan tertinggi); Namun, dalam beberapa skenario, sudut kemiringan optimal juga dapat berupa sudut kemiringan yang sesuai dengan pembangkitan listrik tahunan tertinggi, sudut kemiringan yang sesuai dengan hasil tertinggi, sudut kemiringan yang sesuai dengan pembangkitan listrik bulanan tertinggi, dan sudut kemiringan optimal lainnya yang dihitung. dalam berbagai kondisi yang membatasi. Artikel ini terutama membahas tentang sudut kemiringan dengan total radiasi tahunan tertinggi.
Mengapa kita membutuhkan sudut kemiringan yang optimal?
Sudut kemiringan optimal dirancang terutama untuk menerima lebih banyak radiasi matahari. Untuk susunan fotovoltaik miring, perbedaan sudut datang matahari di atasnya akan menghasilkan jumlah radiasi matahari normal yang diterima per satuan luas yang berbeda. Semakin besar sudut datang (sudut tegak lurus terhadap garis normal susunan fotovoltaik), semakin sedikit radiasi matahari normal yang diterima (untuk masukan radiasi yang sama). Perubahan sudut kemiringan susunan fotovoltaik akan menyebabkan perubahan sudut datang matahari sehingga mempengaruhi penerimaan radiasinya. Oleh karena itu, perlu diperoleh sudut kemiringan optimal berdasarkan penerimaan radiasi tahunan melalui perhitungan teoritis.
Diagram skema komponen penerima radiasi matahari
Dalam proses perancangan sudut kemiringan yang optimal dalam praktiknya, perlu juga mempertimbangkan faktor-faktor seperti geografis dan lingkungan alam lokasi pembangunan proyek. Dampak sudut kemiringan terhadap luncuran salju; Dampak perubahan sudut kemiringan terhadap tekanan angin dan ketahanan komponen terhadap tekanan salju; Pada saat yang sama, perlu untuk mempertimbangkan dampak faktor-faktor ini terhadap pemilihan bahan braket fotovoltaik dan bobot pondasi, serta perubahan jarak antara barisan depan dan belakang yang disebabkan oleh sudut yang terlalu tinggi, yang meningkatkan biaya lahan.
Bagaimana cara menghitung sudut kemiringan optimal?
Penghitungan sudut kemiringan optimal memerlukan lintang dan bujur setempat untuk menentukan ketinggian dan azimut matahari pada setiap momen, serta data radiasi rata-rata tahunan selama bertahun-tahun untuk menentukan karakteristik radiasi matahari lokal. Berdasarkan data radiasi serta penghitungan garis lintang dan bujur, total penerimaan radiasi tahunan dari susunan fotovoltaik dengan sudut kemiringan berbeda diakumulasikan, dan sudut kemiringan dengan total radiasi tahunan tertinggi dipilih sebagai sudut kemiringan optimal. Umumnya, perangkat lunak seperti PVsyst dapat digunakan untuk menghitung sudut kemiringan optimal dengan mudah dan cepat.
Disarankan untuk menggunakan perbandingan variabel tunggal untuk membandingkan dampak sudut kemiringan yang berbeda terhadap pembangkit listrik. Namun secara umum, sudut kemiringan komponen pembangkit listrik yang sama memiliki sudut dan orientasi yang sama, dan terdapat banyak faktor yang mempengaruhi saat membandingkan pembangkit listrik di wilayah berbeda. Oleh karena itu, dianggap menggunakan perangkat lunak desain Sistem PV untuk mendemonstrasikannya. Data meteorologi perangkat lunaknya berasal dari database meteorologi NASA dan Meteonorm, dan melalui perhitungan aktual, tingkat akurasinya mencapai 99%, yang dapat dijadikan referensi.
Apa faktor utama yang mempengaruhi:
Lintang dan Musim:Menentukan kemiringan dan orientasi berdasarkan garis lintang dan perubahan musim di lokasi, sehingga modul fotovoltaik dapat menerima radiasi matahari semaksimal mungkin. Secara umum, di Belahan Bumi Utara, sudut kemiringan dapat diatur sebagai sudut lintang dikurangi 10 hingga 15 derajat, dan orientasinya dapat diatur ke arah selatan.
Sudut ketinggian matahari:Sudut ketinggian matahari mengacu pada ketinggian matahari di langit, yang bervariasi menurut waktu dan musim. Dengan mempelajari perubahan sudut ketinggian matahari, memilih kemiringan dan orientasi, modul fotovoltaik dapat menerima radiasi matahari secara maksimal pada periode waktu yang berbeda.
Oklusi bayangan:Oklusi bayangan dapat mengurangi efisiensi pembangkitan listrik modul fotovoltaik. Saat memilih kemiringan dan orientasi, perlu mempertimbangkan naungan yang disebabkan oleh bangunan, pohon, atau benda lainnya. Hindari atau minimalkan penghalang bayangan untuk meningkatkan efisiensi pembangkitan listrik pembangkit listrik fotovoltaik.
Efek suhu:Temperatur yang tinggi dapat menyebabkan penurunan efisiensi modul fotovoltaik. Kemiringan dan orientasi yang tepat dapat membantu menghilangkan panas dari komponen dan mengurangi dampak pengaruh suhu terhadap efisiensi pembangkit listrik.
Pemanfaatan lahan:Saat memilih kemiringan dan orientasi, pertimbangkan pemanfaatan lahan dari pembangkit listrik fotovoltaik. Tentukan kemiringan dan orientasi yang sesuai berdasarkan lahan atau ruang bangunan yang tersedia untuk mencapai efisiensi pembangkitan listrik yang maksimal.
Optimalkan sudut kemiringan dan orientasi modul fotovoltaik untuk meningkatkan efisiensi pembangkitan listrik sistem fotovoltaik.
Pengoptimalan sudut kemiringan:
Penyesuaian musiman:Sesuaikan sudut kemiringan modul fotovoltaik sesuai dengan perubahan musim di lokasi. Di musim dingin, meningkatkan sudut kemiringan secara tepat dapat meningkatkan area kontak antara panel fotovoltaik dan sinar matahari langsung, serta meningkatkan efisiensi pembangkit listrik di musim dingin; Di musim panas, sudut kemiringan dikurangi untuk meminimalkan potensi panas berlebih pada panel fotovoltaik yang disebabkan oleh sinar matahari langsung selama suhu tinggi.
Penyesuaian lintang:Tentukan sudut kemiringan optimal berdasarkan garis lintang lokasi. Secara umum, pengurangan sekitar 15 derajat dari sudut lintang adalah pengaturan kemiringan yang wajar yang memungkinkan modul fotovoltaik menerima energi radiasi matahari maksimum.
Menuju optimasi:
Orientasi ke selatan:Di belahan bumi utara, modul fotovoltaik diorientasikan ke arah selatan untuk memaksimalkan penerimaan radiasi matahari. Orientasi ke arah selatan memastikan modul fotovoltaik menerima paparan sinar matahari maksimum hampir sepanjang waktu.
Orientasi Timur Barat:Dalam beberapa situasi di mana keseimbangan pembangkitan listrik di pagi dan sore hari perlu dilakukan, modul fotovoltaik diorientasikan ke dua arah, sehingga meningkatkan pembangkitan listrik melalui miringnya sinar matahari di pagi dan sore hari.
Sistem pelacakan:Gunakan sistem pelacakan untuk secara otomatis menyesuaikan orientasi modul fotovoltaik sesuai dengan pergerakan matahari, sehingga memaksimalkan penerimaan radiasi matahari. Sistem pelacakan biasanya dibagi menjadi dua jenis: pelacakan sumbu tunggal dan pelacakan sumbu ganda. Pelacakan sumbu ganda dapat mengikuti pergerakan matahari dengan lebih akurat, namun biayanya lebih tinggi.
Analisis dan pengoptimalan bayangan:
Hindari Bayangan:Hindari modul fotovoltaik terhalang oleh bayangan bangunan, pepohonan, dan objek lain di sekitarnya, pastikan modul fotovoltaik dapat menerima sinar matahari sepenuhnya sepanjang hari.
Memangkas pohon secara teratur:Pangkas pepohonan di sekitarnya secara teratur untuk mengurangi dampak bayangannya pada modul fotovoltaik.
Analisis bayangan dan teknik optimasi sangat penting dalam desain dan pengoperasian pembangkit listrik fotovoltaik.
Apakah sudut kemiringan optimal tetap dan tidak berubah? Apakah pembangkit listrik fotovoltaik pasti akan memperoleh pendapatan tertinggi pada sudut kemiringan optimal?
Sudut kemiringan yang optimal berarti penerimaan radiasi yang tinggi, namun juga berarti tapak yang relatif besar. Misalnya, pada area tapak yang terbatas, seiring dengan menurunnya sudut kemiringan optimal, maka kapasitas terpasang akan terus meningkat. Menurunkan sudut kemiringan akan mengurangi pembangkitan listrik, sedangkan peningkatan kapasitas terpasang akan meningkatkan pembangkitan listrik. Oleh karena itu, perbandingan teknis dan ekonomi lebih lanjut berdasarkan kondisi eksternal diperlukan untuk menentukan sudut kemiringan mana yang pada akhirnya menghasilkan keuntungan tertinggi. Sudut pemasangan atap datar semen pada umumnya disarankan lebih besar dari 10 derajat, yang bermanfaat untuk pembersihan sendiri komponen air hujan.
Sudut kemiringan pembangkit listrik yang optimal tidaklah tetap, bahkan berkaitan erat dengan jarak susunan. Semakin besar jarak array, semakin dekat nilai sudut kemiringan pembangkit listrik optimal dengan sudut kemiringan radiasi optimal. Secara teori, jika jaraknya cukup besar sehingga tidak ada halangan sepanjang tahun, maka nilai keduanya akan sama.
Karena ketidakpastian iklim, sudut kemiringan optimal hanya dapat disebut sebagai sudut kemiringan relatif optimal berdasarkan data historis. Pertama, sudut kemiringan optimal bervariasi tergantung pada data radiasi historis. Terdapat beberapa perbedaan antara sudut kemiringan optimal yang dihitung menggunakan data historis 5-tahun dan data historis 10-tahun; Kedua, data rata-rata historis mewakili kemungkinan tinggi karakteristik radiasi lokal, namun untuk tahun tertentu, data tersebut belum tentu merupakan pilihan optimal.
Ringkasan:
(1) Sudut kemiringan optimal berkaitan dengan garis lintang geografis setempat. Ketika garis lintang geografis meningkat secara bertahap menuju kutub bumi dengan ekuator sebagai titik acuan, sudut kemiringan optimal yang sesuai juga meningkat secara bertahap.
(2) Ketika sudut kemiringan meningkat dari horizontal (0 derajat ) ke sudut kemiringan optimal, jumlah radiasi yang diterima permukaan juga meningkat, dan jumlah radiasi maksimum diterima ketika sudut kemiringan optimal tercapai. ; Ketika sudut kemiringan terus meningkat, jumlah radiasi yang diterima permukaannya mulai berkurang lagi, seiring dengan penurunan bertahap dalam pembangkitan listrik.
(3) Pengaruh radiasi terhadap pembangkitan tenaga listrik relatif kecil bila sudut kemiringan berada dalam ± 5 derajat dari sudut kemiringan optimal.
(4) Apakah akan merancang sudut kemiringan yang optimal perlu dievaluasi secara komprehensif berdasarkan kondisi lokasi pemasangan dan kelayakan ekonomi dari rencana tersebut, dan tidak boleh dirancang secara membabi buta.
(5) Dengan mengoptimalkan jarak dan sudut kemiringan, keekonomian dan pembangkitan listrik pembangkit listrik dapat ditingkatkan secara signifikan.