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太陽光架台システムの最適な設置角度が発電量に及ぼす影響の研究

Data:2021-03-06

太陽光架台システムの最適な設置角度が発電量に及ぼす影響の研究
太陽光発電システムは太陽光を電気エネルギーに変換するシステムであり、太陽光発電システムを設計するには、以下の作業内容が必要である。まず、市場の主流技術によって、それぞれ太陽光モジュールの選択、パワーコンの選択、太陽光架台の運行方式の選択、アレイの規模容量比を行い、主要設備の性能パラメータを算出する。傾斜角、方位角、列、並列数量、及び太陽電池アレイの南北から隣接前、後列の部品間の間隔を最適に設置し、最後に太陽電池アレイの配置方式などを提供する。太陽光発電システムの支柱の運行方式が太陽光パネルの支柱を固定することを選択した時、太陽光発電システムの所在地の経、緯度、太陽放射量、気象資料、冬至日の影遮蔽時間などの境界条件によって計算されます。しかし、一部の地域では、太陽光発電プロジェクトの敷地面積が限られているため、通常の設計間隔では、より多くの太陽電池モジュール容量を配置することができません。太陽電池モジュール容量を増加させ、太陽光発電システムの発電量を高めるために、本論文では、太陽電池モジュールが固定架台を採用する時、プロジェクトの総敷地面積を維持し、電力ネットワークの接続は要求されない。プロジェクト投資の内部収益率を満足させる場合、太陽電池モジュールの最適な取り付け角度を低減することにより、太陽電池アレイの直流容量を増加させる方式で、太陽光発電システムの発電量を向上させる。

1太陽光架台システムの最適な設置角度の計算

本論文はある太陽光発電システムを計算例として分析する。この光起電システムの所在地の地理座標は37°08’N、140°09’Eで、標高は540 mで、この地の太陽放射資料は表1に示す。

表1のデータに基づいて、Retscreenソフトウェアを通じで太陽光田地モジュールが受信した年間最大放射量に対応する取り付け角度を計算できる。計算する時、傾斜角度を設置することは5°から値を取ることを提案している。最大放射量の値が出るまで傾斜角を設置して、その値をもとに、より大きな角度を選んで核を再結合する。最終的に、傾斜面放射量が最大の時に対応する取り付け傾斜角がこの太陽光発電システムの最適な取り付け角度である。太陽光架台を固定する場合、モジュールの異なる取り付け角度と傾斜面で受信した日平均太陽放射量の関係は、図1に示す。

図1から分かるように、陽電池モジュールを設置する場合、取り付け角度が32°である場合、その傾斜面で受けた日平均太陽放射量が最大[1]であると、この角度で太陽電池モジュールの傾斜面で受けた年間の太陽放射量も最大である。従って、この太陽光発電システムにおける太陽電池モジュールの最適な取り付け角度は32°である。

2太陽電池モジュールの最適な取り付け角度の低減実験

実験計算は、1 MW太陽電池アレイの敷地面積、モジュールの最適取り付け角度が32°という基準で行われる。実験において、部品の取り付け傾斜範囲は10°～32°で、1°間隔で、順次に部品の取り付け角度を減少させて試験を行い、現在、後席のモジュールの影の遮蔽時間が一致した場合、前列の固定架台組立品の前列から隣の後列の固定架台組立品の前端までの距離（以下、「前から前の間隔」という）も減少し、このとき1 MW太陽電池アレイの敷地面積も異なる。表2は、モジュール取り付けの傾斜角、前から前の間隔、太陽電池アレイの敷地面積と太陽光発電システムの初年度の発電量との関係状況である。

対表2のデータを分析してみると、総敷地面積を一定に維持すると、モジュールの最適取り付け角度を低減し、モジュールの傾斜面で受けた年間太陽放射量は徐々に減少したが、同じ敷地面積で実際に配置可能な太陽電池モジュールの容量が増大した。すなわち、太陽電池アレイの直流装置の容量が増加し、その増加率は1%～50%で、太陽光発電システムの最初の年の発電量が増加し、約10%～40%アップした。

年間利用可能時間数は発電量よりも直感的で、より鮮明に太陽光発電システムの発電量の状況を反映するため、年利用可能時間数で太陽光発電システムの年間発電レベルを記述するが、経済測定時には、年間発電量でプロジェクト投資収益や内部収益率などの動的経済指標を計算する。

式（1）を利用して、太陽光発電システムの初年度の発電量を年間の利用可能時間数に換算し、換算後の具体的なデータを表3に示す。

表3から分かるように、太陽光架台の設置角度が10°の時、太陽光発電システムの初年度の発電量は19556万kWhで、モジュールの設置角度が32°という最適な傾斜角の時、太陽光発電システムの年間利用可能時間数は最高で、13669 hである。

このため、接続パワーが要求されず、経済的な推計がプロジェクト投資の内部収益率を満足させる前提で、太陽光発電システムの年間発電量を高めるために、部品の最適な取り付け角度を適切に低減することができる。

注意すべきなのは、太陽電池モジュール用架台の傾斜が低下する程度は、プロジェクトの設備容量の要求と発電量の増加量に応じて技術経済性比を行って確定する必要があり、プロジェクト所在地のほこり汚染状況と、太陽光発電システムにおける太陽電池モジュールの清掃頻度などを総合的に考慮する必要がある。

3結論

本論文では、総敷地面積を一定に保ち、接続パワーの電力を要求せず、プロジェクト投資の内部収益率を満足させる場合、太陽光発電システムの最適な設置傾斜を適切に低減させ、年間発電量を向上させることができることを検討した。研究結果によると、モジュールの最適な取り付け角度が低下した後、モジュールの傾斜面で受けた年間の太陽放射量も減少したが、同じ敷地面積では、太陽電池アレイの直流装置容量が増加し、太陽光発電システムの年間発電量が増加した。
上海チコ太陽エネルギーテクノロジー有限公司

　　　　　　　
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