散射对光伏发电系统设计的影响

汪婷婷　张梅　王静

摘 要：以中国9个不同地理位置和气候环境的典型城市为对象，采用Hay散射模型，对散射辐射量在光伏发电中固定式支架的最佳倾角和倾斜面上接收到的辐射量计算过程中发挥的作用进行分析和研究，得出在光伏发电中，散射辐射量在总辐射量中占不同比例时，最佳倾角和纬度的关系及不同角度时总辐射量的变化规律。

关键词：散射；最佳倾角；总辐射量；发电系统

中图分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）15-0037-03

太阳照射到地面上的辐射量可以分为直接辐射量和散射辐射量两种。其中，直接辐射量是平行的太阳光线直接照射产生的辐射量，而散射辐射量是由太阳光照射到大气层中的水分子、气体分子和灰尘颗粒后方向发生偏移产生的。由于水分子、气体分子和灰尘颗粒分布具有杂散性，使得偏转后太阳光线的方向变得杂散。光伏发电主要是对照射到电池板上的直接辐射量和散射辐射量完成光电转化后进行发电。国内普遍对直接辐射量的利用比较关注，而往往忽略了散射辐射量在光伏发电中的作用。

在我国，除了个别气候条件极好或极差的区域，大部分地区水平面上的散射辐射量所占比例均在50%左右。在近30年里，全国大部分地区污染加重，空气中漂浮颗粒物增加，散射辐射量所占比例越来越高，所以，研究散射辐射量在光伏发电中的影响具有很大的实用价值。

本文以中国9个城市（拉萨、沈阳、西安、乌鲁木齐、哈密、成都、广州、长沙和上海）的辐射量数据为基础，对散射辐射量在光伏发电中所占的比例和对其造成的影响进行了分析。分析在这些城市的气候条件下，散射在光伏发电中的影响，这样有助于了解散射辐射量在不同气候、不同区域内对光伏发电产生的影响。合理处理这种影响，可以根据不同的气候条件更好地完成光伏设计。

1 散射辐射量对最佳倾角的影响

在光伏发电中，需要把水平面上的辐射量转化为倾斜面上接收的辐射量。现在国际上比较认可的转化算法都需要分别转化直接辐射量和散射辐射量。直接辐射量是按照太阳光线与电池板的夹角进行折算的，算法已经非常成熟了；散射辐射量的转化算法有很多，比较成熟、使用范围比较广的有Perez散射模型和Hay散射模型。这两种模型都认为散射为天空非各向同性的，即任意面上接受到的散射量是不一致的，而在太阳光盘附近的散射辐射量有一定的增强。Perez模型对辐射量数据的要求比较高，要有非常详细的辐射量数据，相对的Hay模型要求的数据量要小很多。在国内，气象站开始辐射量测量普遍比较晚，很多地区的辐射量数据不全，所以，Hay模型更适用于中国。本文中采取Hay模型，根据月代表日的辐射量对水平面上的辐射量进行转化。

根据国内9个典型城市的气象数据，采用Hay模型计算得到这9个城市采用固定式支架时的最佳倾角如表1所示，电池板统一面向赤道布置，既倾斜面的方位角为0°。

从表1中可以看出，文中所选的9个城市包含了全国比较典型的几种气象环境，纬度从23.1°～42.8°N，经度从91.1°～123.5°E，水平面上散射辐射量在总辐射量中所占的比例从36.2%～72.7%，这就使得分析的结果更加准确、可信。

摘 要：以中国9个不同地理位置和气候环境的典型城市为对象，采用Hay散射模型，对散射辐射量在光伏发电中固定式支架的最佳倾角和倾斜面上接收到的辐射量计算过程中发挥的作用进行分析和研究，得出在光伏发电中，散射辐射量在总辐射量中占不同比例时，最佳倾角和纬度的关系及不同角度时总辐射量的变化规律。

关键词：散射；最佳倾角；总辐射量；发电系统

中图分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）15-0037-03

太阳照射到地面上的辐射量可以分为直接辐射量和散射辐射量两种。其中，直接辐射量是平行的太阳光线直接照射产生的辐射量，而散射辐射量是由太阳光照射到大气层中的水分子、气体分子和灰尘颗粒后方向发生偏移产生的。由于水分子、气体分子和灰尘颗粒分布具有杂散性，使得偏转后太阳光线的方向变得杂散。光伏发电主要是对照射到电池板上的直接辐射量和散射辐射量完成光电转化后进行发电。国内普遍对直接辐射量的利用比较关注，而往往忽略了散射辐射量在光伏发电中的作用。

在我国，除了个别气候条件极好或极差的区域，大部分地区水平面上的散射辐射量所占比例均在50%左右。在近30年里，全国大部分地区污染加重，空气中漂浮颗粒物增加，散射辐射量所占比例越来越高，所以，研究散射辐射量在光伏发电中的影响具有很大的实用价值。

本文以中国9个城市（拉萨、沈阳、西安、乌鲁木齐、哈密、成都、广州、长沙和上海）的辐射量数据为基础，对散射辐射量在光伏发电中所占的比例和对其造成的影响进行了分析。分析在这些城市的气候条件下，散射在光伏发电中的影响，这样有助于了解散射辐射量在不同气候、不同区域内对光伏发电产生的影响。合理处理这种影响，可以根据不同的气候条件更好地完成光伏设计。

1 散射辐射量对最佳倾角的影响

在光伏发电中，需要把水平面上的辐射量转化为倾斜面上接收的辐射量。现在国际上比较认可的转化算法都需要分别转化直接辐射量和散射辐射量。直接辐射量是按照太阳光线与电池板的夹角进行折算的，算法已经非常成熟了；散射辐射量的转化算法有很多，比较成熟、使用范围比较广的有Perez散射模型和Hay散射模型。这两种模型都认为散射为天空非各向同性的，即任意面上接受到的散射量是不一致的，而在太阳光盘附近的散射辐射量有一定的增强。Perez模型对辐射量数据的要求比较高，要有非常详细的辐射量数据，相对的Hay模型要求的数据量要小很多。在国内，气象站开始辐射量测量普遍比较晚，很多地区的辐射量数据不全，所以，Hay模型更适用于中国。本文中采取Hay模型，根据月代表日的辐射量对水平面上的辐射量进行转化。

根据国内9个典型城市的气象数据，采用Hay模型计算得到这9个城市采用固定式支架时的最佳倾角如表1所示，电池板统一面向赤道布置，既倾斜面的方位角为0°。

从表1中可以看出，文中所选的9个城市包含了全国比较典型的几种气象环境，纬度从23.1°～42.8°N，经度从91.1°～123.5°E，水平面上散射辐射量在总辐射量中所占的比例从36.2%～72.7%，这就使得分析的结果更加准确、可信。

摘 要：以中国9个不同地理位置和气候环境的典型城市为对象，采用Hay散射模型，对散射辐射量在光伏发电中固定式支架的最佳倾角和倾斜面上接收到的辐射量计算过程中发挥的作用进行分析和研究，得出在光伏发电中，散射辐射量在总辐射量中占不同比例时，最佳倾角和纬度的关系及不同角度时总辐射量的变化规律。

关键词：散射；最佳倾角；总辐射量；发电系统

中图分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）15-0037-03

太阳照射到地面上的辐射量可以分为直接辐射量和散射辐射量两种。其中，直接辐射量是平行的太阳光线直接照射产生的辐射量，而散射辐射量是由太阳光照射到大气层中的水分子、气体分子和灰尘颗粒后方向发生偏移产生的。由于水分子、气体分子和灰尘颗粒分布具有杂散性，使得偏转后太阳光线的方向变得杂散。光伏发电主要是对照射到电池板上的直接辐射量和散射辐射量完成光电转化后进行发电。国内普遍对直接辐射量的利用比较关注，而往往忽略了散射辐射量在光伏发电中的作用。

在我国，除了个别气候条件极好或极差的区域，大部分地区水平面上的散射辐射量所占比例均在50%左右。在近30年里，全国大部分地区污染加重，空气中漂浮颗粒物增加，散射辐射量所占比例越来越高，所以，研究散射辐射量在光伏发电中的影响具有很大的实用价值。

本文以中国9个城市（拉萨、沈阳、西安、乌鲁木齐、哈密、成都、广州、长沙和上海）的辐射量数据为基础，对散射辐射量在光伏发电中所占的比例和对其造成的影响进行了分析。分析在这些城市的气候条件下，散射在光伏发电中的影响，这样有助于了解散射辐射量在不同气候、不同区域内对光伏发电产生的影响。合理处理这种影响，可以根据不同的气候条件更好地完成光伏设计。

1 散射辐射量对最佳倾角的影响

在光伏发电中，需要把水平面上的辐射量转化为倾斜面上接收的辐射量。现在国际上比较认可的转化算法都需要分别转化直接辐射量和散射辐射量。直接辐射量是按照太阳光线与电池板的夹角进行折算的，算法已经非常成熟了；散射辐射量的转化算法有很多，比较成熟、使用范围比较广的有Perez散射模型和Hay散射模型。这两种模型都认为散射为天空非各向同性的，即任意面上接受到的散射量是不一致的，而在太阳光盘附近的散射辐射量有一定的增强。Perez模型对辐射量数据的要求比较高，要有非常详细的辐射量数据，相对的Hay模型要求的数据量要小很多。在国内，气象站开始辐射量测量普遍比较晚，很多地区的辐射量数据不全，所以，Hay模型更适用于中国。本文中采取Hay模型，根据月代表日的辐射量对水平面上的辐射量进行转化。

根据国内9个典型城市的气象数据，采用Hay模型计算得到这9个城市采用固定式支架时的最佳倾角如表1所示，电池板统一面向赤道布置，既倾斜面的方位角为0°。

从表1中可以看出，文中所选的9个城市包含了全国比较典型的几种气象环境，纬度从23.1°～42.8°N，经度从91.1°～123.5°E，水平面上散射辐射量在总辐射量中所占的比例从36.2%～72.7%，这就使得分析的结果更加准确、可信。