高倾斜模块上的阴影之谜

2018-08-03 10:47  浏览:  

我们经常听到系统设计人员抱怨他们的地面太阳能电池阵列的阴影不能降低到1%到2%以下,无论它们在多大程度上划分行。这种阴影损失显示在具有陡峭倾斜模块(30°或更大)的阵列中。设计师试图增加行距,超过一点它对阴影损失几乎没有影响。从本质上讲,这是“僵尸”阴影几乎不可能被杀死。

图1:明尼阿波利斯的阴影损失与行距

这种现象是一个谜 - 而且它发生的原因甚至让我们感到惊讶,迫使我们重新考虑甚至是什么样的阴影损失。

一个不正确的假设

这个“僵尸”阴影一直出现在我们的用户身上。它似乎最常见于北方各州的项目,如明尼苏达州或马萨诸塞州。而且这不仅仅是一个用户错误 - 这是任何人都可以用陡峭的倾斜阵列复制的东西。

鉴于地理足迹,我们认为我们知道原因是什么:纬度。在高纬度地区,太阳的大部分能量来自天空中较低的角度。使用较低的太阳角度,您可以获得更长的阴影,因此即使行间距较宽,也会有更大的行间阴影。事实上,我们在早先对壁挂式太阳能的分析中已经对此进行了研究,并表明阿拉斯加的阳光加权平均仰角为37°,佛罗里达为47°。

图2:按位置的阳光与仰角

回到高倾斜设计:当我们在夏洛特看到这个相同的设计时,情节会变厚。在南方更远的阵列中,非常宽的行距的阴影损失实际上是相同的!这几乎证明了这种损失不是来自北纬地区的太阳角。

图3:明尼阿波利斯与夏洛特之间的阴影损失与行距

令人惊讶的答案

然后我们决定深入研究阴影损失背后的数字 - 特别是阳光的成分。我们一直在谈论阳光的两个主要部分:直射阳光(来自太阳的光束)和漫射的阳光(蓝天的亮度)。通常,直射阳光占总日光的60%至70%,漫射占30%至40%。但也有第三个很少重要:Albedo(来自地面的反射)。由于两个原因,Albedo对标准阵列永远不重要。首先,地面占模块阵列平面视图的一小部分,因为向上倾斜的模块大多是“看着”天空,地面只是视图的一小部分。其次,来自地面的反射仅撞击阵列的第一行,然后第一行阻止来自第二排模块的地面反射。因此,整体反照率数字总是非常小,通常为总日光的0.1%至0.3%。

图4:辐照度组件(礼貌能源专业研讨会)

然而,一旦我们调查细节,一旦你的倾斜达到倾斜30°,就会发现“反照率很小”的心态会发生变化。当您将阵列向上倾斜30°时,阵列平面反照率对阳光的贡献实际上会超过2%。不是很大,但现在你会发现它。随着阵列平面反照率值的增加,您仍然会遇到第一行模块阻挡第二/第三/等视图的现象。结果,增加的阵列平面反照率太阳光立即丢失并计为阴影损失。

图5:辐照度类型的无阴影和阴影辐照度

正是这种“地面阴影”最终导致了这些高倾斜阵列中“僵尸”阴影损失的大部分。根据倾斜角度,损失的反照率占这些设计中阴影损失的60-90%。例如,在下面的示例中,请注意2.9%阴影损失中的1.8%来自反照率阴影(其余大部分来自漫反射,而非直接)。

图6:高倾斜遮阳设计的HelioScope损耗报告

因此,这种现象在北方地区出现的原因不是由于太阳角度,恰好设计师正在设计北纬地区的高倾斜系统,并且倾斜使得反照率成为阳光中更重要的一部分。

一个哲学问题:什么是阴影损失,真的吗?

这最终提出了一个更广泛的问题:阴影损失何时实际上是阴影损失?我们通常认为阴影是阻挡阳光照射模块表面的东西。但在这种情况下,阻挡来自地面的反射感觉不同。毕竟,大多数阵列开始时甚至没有太多的反照率/反射阳光。由于它们的倾斜,高倾斜阵列具有更大的阵列平面反照率,但是然后立即失去它从行到行的阴影。它可以说只是一种会计技术性。

如果一棵树落在树林里,那里没有人听到它,它会发出声音吗?如果我的高倾斜阵列获得更多的地面反射,但是然后立即将其阻挡,那么真的是阴影损失吗?

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