[论文解读] Calculation of the Optimal Installation Angle for Seasonal Adjusting of PV Panels Based on Solar Radiation Prediction

Yashar Naeimi, Farzan Kooben+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2020

Solar Radiation and Photovoltaics参考文献 8被引用 4

一句话总结

本文提出一种方法，通过预测太阳辐射来计算光伏（PV）板的最佳季节性倾角，以最大化能量捕获。通过建模太阳的视运动并计算季节性角度，该方法在提升能量收益与降低实际安装工作量之间取得平衡，与固定倾角系统相比，年能量产量最高可提高15%。

ABSTRACT

An important parameter that affects PV panel performance of a solar power system is the incident solar radiation with the panel or panel's area of exposure to the sun. The direction and tilt angle of a PV panel are two important factors in PV system design. This paper itself presents the calculation of the optimum installation angles for the seasonal adjusting of solar cell panels considering apparent motion of the sun. Daily adjusting for optimal tilt angle can increase the received energy from the sun. However, making trade-off is required because changing the panel angle daily costs lots of endeavour, so we designed seasonal angles for installation of panels.

研究动机与目标

• 确定光伏板在各季节的最佳倾角，以最大化太阳辐射接收量。
• 在提升能量收集效率的同时，减少每日调整面板的运行负担。
• 基于太阳位置建模，开发一种实用的季节性角度调整策略。
• 评估季节性角度调整与固定倾角配置相比的能量增益。
• 为系统设计人员提供一种计算高效的方法，以优化光伏板朝向。

提出的方法

• 使用太阳几何方程建模太阳的视日运动和季节性运动。
• 根据纬度、一年中的日期和一天中的时间，计算太阳天顶角和方位角。
• 针对每个季节（如冬季、春季、夏季、秋季）确定最优倾角，以最大化直接法向辐照度。
• 基于至点和分点定义季节区间，以最小化调整频率。
• 使用历史或预测的太阳辐射数据验证并优化最优角度。
• 对能量增益与面板重新定位的机械复杂性进行权衡分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 在各季节中，光伏板的最佳倾角是什么，以最大化太阳辐射接收？
• RQ2 与固定倾角系统相比，通过季节性角度调整可额外捕获多少能量？
• RQ3 在调整面板角度时，能量增益与机械工作量之间的权衡如何？
• RQ4 太阳位置的季节性变化如何影响光伏板的最佳朝向？
• RQ5 是否可以通过可预测的季节性调整策略，在最小维护下实现接近最优性能？

主要发现

• 与固定倾角系统相比，最优季节性倾角显著提高了年太阳辐射捕获量。
• 该方法减少了每日调整的需求，同时保持高能量产量，提升了实用性。
• 根据纬度和气候条件，通过季节性角度调整，能量增益最高可达15%。
• 季节性方法在性能与运行工作量之间提供了良好平衡。
• 该模型对不同地理位置具有鲁棒性和适应性，基于纬度和太阳位置数据。
• 结果表明，季节性调整是每日跟踪系统的可行且有效的替代方案。