关于固定式太阳能路灯照明系统电池组件的最佳安装角度

2009 年 1 月 上 ［ 摘 要 ］ 太阳能是一种清洁环保的能源，由于传统能源的枯竭和环保问题的日益突出，其应用正逐步受到全球的青睐 。 太阳能经光伏发电后用于路灯照明系统正变成一项日趋成熟的新型能源技术，可是目前太阳能电池组件在整个路灯照明系统中所占的成本比例还是较高的 。［ 关键词 ］ 锚光伏发电；太阳电池组；方位角；高度角太阳能是一种清洁环保的能源，由于传统能源的枯竭和环保问题的日益突出，其应用正逐步受到全球的青睐 。 太阳能经光伏发电后用于路灯照明系统正变成一项日趋成熟的新型能源技术，可是目前太阳能电池组件在整个路灯照明系统中所占的成本比例还是较高的，从我国现阶段的太阳能路灯使用情况来看，其太阳电池组件花费占总成本费用的 60～70％ ，因此，为了更加充分高效地利用太阳能，使我们有限面积的太阳能组件产生最大化的发电量，减小在蓄电等其他方面的投入，同时也是为了减小整个路灯照明系统在太阳能组件方面的成本消耗，因此如何根据当地的地理条件 （ 如经纬度等 ） ，安装条件等，选取与之相匹配的安装角度是一个十分关键的问题 。 在文中主要从方位角和高度角两个方面分析太阳能路灯电池组件的安装角度问题 。1 方位角太阳电池组件的方位角是组件的垂直面与南北方向连线的夹角 （ 向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度 ） 。 首先，如上图，太阳相对于的地球的运动，我们称之为地球的公转，在这一过程地球的地轴相对于太阳的角度是没有变化的，所以我们在确定太阳能电池组件的方位角的时候通常是与我们的地轴相一致，也就是和太阳运转中心轴保持一致，使太阳能组件电池在工作过程中尽量多的时间与太阳光入射方向保持比较小的角度，使太阳能组件获得最大功率的时间尽量延长，即组件朝向正南 （ 即组件垂直面与正南的夹角为 0 ） 时，太阳电池发电量是最大的 。 经过我们在四川西昌实地试验得出，在偏离正南 （ 北半球 ）30 度时，组件的发电量将减少约 10％～ 15％ ；在偏离正南 （ 北半球 ）60 时，组件的发电量将减少约 20％～ 30％ 。 但是，在晴朗的夏天，太阳辐射能量的最大时刻是在中午稍后，因此组件的方位在正南的基础上稍微向西偏一些时，在午后时刻可获得最大发电功率 。 在不同的季节，太阳电池组件的方位稍微向东或西一些都有获得发电量最大的时候 。 由于我们的太阳能路灯组件在路灯的安装过程中要考虑到每个太阳能路灯的组件安装外观一致型，同时又要考虑不同地区的经纬度不同，所受辐照强度的不一致，所以我们在安装太阳能路灯的组件的时候，统一都按方位角为 0 度来设置，即以正南北作为安装的基准，这样便可以使固定式太阳能组件获得较大辐照功率的时间最大化，同时又可以结合使用指南针对太阳能组件作出精确定位，在工程安装上实现统一安装和调试基准 。2 倾斜角 高度角 倾斜角是太阳电池组件平面与水平地面垂线的夹角，并希望在方位角固定的基础上，此夹角是太阳能电池组件一年中发电量为最大时的最佳高度方向上的一个角度值，使太阳能组件所受的辐射总量维持在一个总体比较高的水平，由于太阳相对与地球的运动轨迹平面和地轴有一个角度值，称之为赤黄夹角，所以太阳的倾斜角度度值除了和纬度有关系以外，还与该时间的赤黄夹角的具体值有关，所以我们定义了赤维角太阳赤纬角从赤道上观察，观察者与太阳连线和地球赤道面的交角称为太阳赤纬角，以 δ 表示一年当中，太阳赤纬角每天都在变化，但不超过 23.27 的范围，它在春分和秋分时刻等于零，而在夏至和冬至时刻有极值分别为 23.27 。 我们就以每天正午时间的太阳相对于观察点的高度角来讨论，可根据公式太阳高度角 ＝ 90－ 纬度角度 赤纬角从该公式中，我们可进一步得出太阳的高度角是由两部份组成，其中纬度角是由太阳能组件安装地点所决定，赤纬角则主要和季节有关，就以成都为例，其纬度约为 30 o，按照上述公式，可得出太阳能组件的总体安装角度在 36.5o 和 83.5 o范围之间，其中春分为 60 o，夏至为83.5o，秋分为 60 o，冬至为 36.5o，为了在这个变化范围内使太阳能组件获得最大的辐照功率，我们以一年中辐照强度最高的春分到夏至这段时间角度作为主要参考，约为 60 o到 83.5o 之间 。 当纬度较高时，太阳所直接照射到这种高纬度地区的时间就相应减少，太阳全年辐射总量也就减少，所以我们在设置太阳能组件的相应的倾斜角也应该减小 。 但是，和方位角一样，在设计中也要考虑太阳能组件的所受的迎风面积如果斜角过大，除了发电量下降外，同时还增加了太阳能路灯照明系统中组件安装固定部分的受力，此外，还要进一步考虑其它周围环境因素，如是否有遮挡物等 。 对于正南 （ 方位角为 0 o 度 ） 的方位角，倾斜角从水平（ 倾斜角为 0 o 度 ） 开始逐渐向大的倾斜角过渡时，其日射量不断增加直到最大值，然后再增加倾斜角其日射量不断减少 。 特别是在倾斜角大于50 o～ 60 o 以后，由于太阳光线相对与太阳能电池组件的入射角不断加大，反射系数也不断加大，太阳能组件获得的辐射量急剧下降，直至到最后的垂直放置时，发电量下降到最小 。 组件从垂直放置到 10 o～ 20 o 的倾斜放置都经过我们有实际试验和工程安装例子，在方位角为 0 o 的情况下，斜面日射量的值普遍偏低，最大日射量的值是在与水平面接近的倾斜角度为当地的纬度角的附近 。 （ 具体不同的地区情况见附表 ） 对于以上所述的方位角 、 倾斜角与发电量之间的关系，我们在工程中间得出在低纬度的地区 （ 25 度以下 ） ，太阳能组件的安装高度角在和纬度值附件相近的角度获得的发电总量最多，由于受气候条件的影响，综合考虑全年的情况，我们在当地的纬度基础上，上浮 5 度左右作为这一类低纬度地区高度安装角的参考值，在高纬度地区，考虑到受赤黄夹角的影响和受辐照的时间减小，在安装角度上，比纬度低的地区增加 10 度左右，即可在相等的太阳辐照强度下，获得相对较高的发电量，对于具体设计某一个个地区的太阳能路灯照明系统中固定式组件的方位角和倾斜角还应综合当地实际情况结合综合考虑 。试验得出的不同纬度地区获得最大辐照功率的太阳能组件的高度角关于固定式太阳能路灯照明系统电池组件的最佳安装角度许基朵 姜世平（ 成都钟顺科技发展有限公司，四川成都 610064）40TECHNOLOGY TREND设置， 综述以上两点，即可根据当地的地理位置条件，最大化地使固定式安装的太阳能路灯组件获得比较理想的受辐照角度位置，提高太阳能的辐射利用率，在有限的太阳能组件功率基础上获得最大化的发电量，当然，文中所阐述的只是一种方向性的结论，可作为一般工程安装的参考，如遇一些比较特殊的环境，还要综合考虑其他会影响太阳能发电的其他因数 。［ 摘 要 ］ QYG400 型桥式叶轮给煤机，适用于缝隙式煤沟拨煤，通过拨煤机构叶轮旋转，将煤沟槽内的煤连续 、 均匀地拨落到输煤机的皮带上 。 拨煤传动机构在额定出力范围内，可进行无级调速，从而根据需要可以方便地调整给煤量 。［ 关键词 ］ 叶轮给煤机；分析；改造1 概述QYG400 型桥式叶轮给煤机，适用于缝隙式煤沟拨煤之用，通过拨煤机构叶轮旋转，将煤沟槽内的煤连续 、 均匀地拨落到输煤机的皮带上 。 拨煤传动机构在额定出力范围内，可进行无级调速，从而根据需要可以方便的调整给煤量 。叶轮给煤机的行走路线可沿煤沟前 、 后行走，线路可长可短，是输煤系统的核心部位，它位于我厂南部卸煤沟底部，整个卸煤沟全长 210米，叶轮给煤机利用轨道来回行走，均匀的将原煤装载到皮带上，一旦叶轮给煤机出现问题将影响到整个电厂的安全运行 。 由于叶轮给煤机始终不能正常工作，经技术攻关对其进行改造，使故障率明显降低，保证了设备正常运行，促进了电厂生产经营稳定发展 。2 改造前存在问题叶轮给煤机启动困难，时而能正常启动，时而不能启动；叶轮给煤机运行中经常出现跳闸现象；叶轮给煤机在行走过程中电缆过长，电缆调挂不合理，滑车内的电缆经常脱轨，使电缆承受拉力，造成电缆拉断现象 。3 问题排查3.1 变频器程序控制分析叶轮给煤机采用变频器程序控制，使用的是西门子产品 。 根据日常出现的故障性质，初步对变频器程序进行了重新审查校对，其输入输出正常，排除了故障出现非变频器程序原因 。3.2 接触器动作过程分析打开接触器对接点进行检查，接点平滑 、 良好，无毛刺及过热现象 。 拆除接触器在试验电源柜上进行接触器吸合试验，线圈动作正常，电磁声音正常，排除了非接触器故障问题 。3.3 电缆一次回路分析对控制箱和程控柜之间的控制电缆，每根芯线进行重新校验，电缆编号及接线均无错误 。 利用兆欧表对每根电缆测量其绝缘，绝缘电阻在5M Ω - 10M Ω 范围内，绝缘均合格 。 排除了非电缆绝缘问题 。1） 电源检查分析用万用表测量电源相间电压 387V，对地电压221V ，电源正常 。2） 控制回路检查分析在断开控制电源的情况下，测量中发现各个控制回路的对地感应电压高达 30- 170V 左右，且不稳定 。 为此造成回路中继电器的电磁线圈不稳定带电，并且电压时高时低，致使继电器的常闭辅助触点状态不正常，低电压时 （ 小于 135V） 触点闭合，高电压时 （ 大于 135V） 触点打开，继电器接点时而打开时而闭合，造成接触器不能正常起停，电机不能控制运转，这也正是故障频繁出现的原因 。4 技术改造根据排查结果，结合叶轮给煤机的实际运行情况中所出现的不正常因素，对叶轮给煤机故障原因分析及改造方案制定如下1） 叶轮给煤机是由变频器控制，抗干扰能力弱，并且程控柜和叶轮给煤机之间的距离过长 （ 210m） ，造成控制电缆过长，且使用的是一般控缆 。为了减小干扰，同时考虑现场实际长度，对电缆进行了更换，由原来的一般控制电缆，更换为铜屏蔽电缆，并对给煤机电缆滑车及吊钩进行改造，由原来的单卡更换为双卡将电缆固定在轨道滑车上，并将固定电缆的间距缩短 500mm ，杜绝了电缆再次脱钩现象 。2） 电缆对地有容性电流存在 。 电缆过长对地形成容性感应电压过高，即使叶轮给煤机在停运状态，控制电缆上的感应电压仍然过高，造成继电器线圈两侧始终有电压存在，使继电器的常闭辅助触点一直在打开状态，致使无法正常起动叶轮给煤机 。 若在感应电压较低时，继电器的常闭辅助触点恢复原位，叶轮给煤机便可正常启动，因此出现叶轮给煤机时而能启动时而不能正常启动现象 。3） 根据对控制回路进行分析和电容通交流阻直流的特性，根据 K8线圈的感抗值及回路控制电压进行计算确定，在 K8 线圈两侧并一个C20 μ f 电容，使其形成一个 LC 谐振回路，以达到抵消感应电压的目的 。 消除因感应电压造成的接点动作而致使叶轮给煤机不能正常启动的现象 。具体接法如下5 改造后的效果1） 改造后至今，没出现一次继电器烧坏现象，减少了备件投资 。2） 电缆因吊挂结构和位置改变后，避免了叶轮给煤机电缆脱落滑车现象的发生，杜绝了由于电缆受到拉申和挤压造成短路 、 断路 、 漏电等而危及设备和人身安全的隐患；同时又改变了设备运行环境，促进了设备正常运行，减少了因更换电缆而带来的投资费用 。3） 保证了叶轮给煤机正常启动，使卸煤 、 运煤能够按要求正常输送，避免了因燃料输送不正常而造成锅炉燃烧不稳，甚至于停炉事故的发生，一次异常或事故可为厂节约损失 110 万元，为企业带来了一定的经济效益 。4） 改造后，设备运行正常，改善了设备的运行环境，减少了员工检修 、 维护强度 。热电厂输煤 QYG400 叶轮给煤机技术改造李迎军 许安平（ 鹤壁煤电股份有限公司热电厂，河南鹤壁 458000）应用科技41