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从此，做个上知天文下知地理的美蓝子。 本文共计3200字，大约需6分钟，建议收藏或分享后长期保留阅读。 光伏发电系统设计是一个跨学科的系统性工程，这里小智总结了光伏系统中经常会运用的地理知识，本文介绍的关键词主要有： 经纬度、西安80坐标、Googleearth、奥维互动地图、红线图图层含义、赤道坐标系、地平坐标系、赤纬角、时角、高度角、方位角、太阳路径图、真太阳时、法定时间、辐照度、最佳倾角、反射率、峰值日照时数、影子倍率、直射辐射、散射辐射、反射辐射、太阳常数、大气质量、辐照量的度量、温度、风速、湿度。 一、地理位置相关 关键词：经纬度、西安80坐标、Googleearth、奥维互动地图、红线图图层含义 相信大家对于经纬度的概念非常了解了，这里小智不做过多讲解，只是向大家提几点容易被忽视的地方。 1、中国经纬度范围：经度范围:73°33′E至135°05′E，纬度范围:3°51′N至53°33′N。因此严格来讲，在中国，太阳产生的影子并非完全朝向北方，在广东、广西、云南等处于北回线以南的地区，有些时刻遮挡物的影子是朝向南方的。 2、一般来说，纬度每差一度，实际距离相差111km，纬度每差一分，实际距离相差1.85km，纬度每差一秒，实际距离相差0.0308km。而经度每差一度的距离取决于纬度，在赤道上，经度每差一度，实际距离相差111km。 3、一般来说，纬度越高，光伏方阵最佳倾角越大，相应方阵阵列间距也越大。如果选用跟踪系统，通常低纬度地区更适合选择平单轴跟踪系统，高纬度地区更适合选择斜单轴和双轴跟踪系统。 这里小智向大家推荐几个地图软件，手机端可采用奥维互动地图，定位精准而且可以方便测量距离、方位角、周长、面积，另外也可以方便的转化为dwg格式。电脑端可采用Google earth，功能强大而且数据信息更加可靠。（小伙伴们可以在萃智学院公众号下方菜单“在线学习>>小智分享”中下载安装Google earth）。 除了经纬度外，在施工图纸中，经常使用到西安80坐标系，该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，施工时可以根据图纸上标注的坐标值找到厂区实际点。 另外，在做地面电站时，我们从测绘人员手中拿到的CAD版地形图纸经常会包含一些图层，这些图层以英文代码命名，了解这些代码的含义可以帮助我们读图识图，了解厂区基本情况，这些图层代码的含义见下表： 二、太阳位置 关键词：赤道坐标系、地平坐标系、赤纬角、时角、高度角、方位角、太阳路径图、真太阳时、法定时间 为了表示太阳在天空中的位置，首先需要选定坐标系，通常用到的坐标系有两种，一种是赤道坐标系，一种是地平坐标系。 赤道坐标系 赤道坐标系的基本平面是赤道平面，在赤道坐标系中，我们用赤纬角和时角两个量来定义太阳的位置：赤纬角和时角。 所谓赤纬角是指太阳中心与地心的连线与赤道平面的夹角，如下图中的δ， 时角在数值上等于离正午的小时时间乘以15°，上午为负，下午为正。如下图中的ω。 赤纬角的计算 δ=23.45sin[360×(284+n)/365] n为一年中的日期序号 地平坐标系 在光伏发电系统中，我们更经常用到的是地平坐标系，地平坐标系的基本平面是观察者所处的地平面，在地平坐标系中，我们用高度角和方位角定义某个时刻太阳在天空中的位置，高度角和方位角定义如下： 高度角： 太阳光线与其在地平面上投影线之间的夹角（下图中的α角） 方位角：太阳光线在地平面上投影和地平面上正南方向线之间的夹角。正南方向为0度，向西为正，向东为负。（下图中的γ角） 以下是根据赤纬角δ、时角、ω、高度角α、方位角γ、纬度 φ计算高度角和方位角的公式，利用这个公式，我们可以设计软件来计算任意时刻太阳在特定尺寸遮挡物上产生的阴影。 计算高度角： sinα =sin φ sinδ+cos φ cosδ cos ω 计算方位角： sinγ=cos δ sinω / cos α cos γ=(sinα sin φ -sinδ) /cosα cos φ 太阳路径图 太阳在天空中的位置在一年中的任一时刻都不一样，我们可以用一张图来记录太阳在一年任一时刻在天空的位置，这张图就是太阳路径图。 太阳路径图阐述了三大要素（时间，厂区位置或观察点位置，太阳位置），五个基本量之间的关系，这五个基本量是高度角、方位角、经纬度、日期、时间，其中高度角和方位角表征太阳的位置，经纬度表征厂区或观察点位置，日期和时间表征时间因素。如下图是北京的太阳路径图。 在这张图上，表头显示了经纬度，横坐标代表太阳方位角，纵坐标代表太阳高度角，图上弓形线表示时间，每根弓形线代表一天，最下方弓形线表示冬至日，最上边弓形线表示夏至日，图上8字形代表小时，日出时太阳高度角为0，所以图中与横坐标的交点代表某天的日出时间。 真太阳时&法定时间： 在光伏系统应用中，我们需要区分真太阳时和法定时间，在中国，法定时间是指北京时间，而真太阳时则是以正午时刻为12:00的时间，下面两张图片分别是是新疆乌鲁木齐在法定时间和真太阳时两种体系下的太阳路径图： 可以看到，在真太阳时下，太阳高度角最高时都是12:00，而在法定时间下，太阳高度角最高（即正午）是14:00左右。 三、太阳辐照度 关键词：辐照度、最佳倾角、反射率、峰值日照时数、影子倍率、直射辐射、散射辐射、反射辐射、太阳常数、大气质量、辐照量的度量。 太阳常数：地球大气层外，平均日地距离处，垂直于太阳光方向单位面积上所获得的太阳辐照度基本是一个常数，这个辐照度称为太阳常数，其值为：1367±7W/㎡。 辐照度：太阳投射到单位面积上的辐射功率称为辐照度，单位是W/㎡。 直射辐射、散射辐射、反射辐射：地表倾斜面上接受的太阳辐照度主要分为直射辐射、散射辐射、反射辐射，各辐射关系如下图： 倾斜面上的光伏组件，所接受到的太阳辐照度主要是直射辐射，但对于双面组件背面来说，所接受的太阳辐照度主要是反射辐射和散射辐射。 峰值日照时数：峰值日照时数表示将某段时间接受到的辐照量按照辐照度为1000W/m2进行转换的小时数。 峰值日照小时数（h）= 辐射总量（ kW·h/m2 ）/1(kW/m2) 如下图，蓝色面积表示一天从日出到日落每个时间段接受的太阳辐照度，而红框内则表示按照峰值日照小时一天的太阳辐照总量。
最佳倾角：我们可以通过pvsyst来查找到一个地区的最佳倾角。最佳倾角不仅与所在地区经纬度有关，还与光伏组件安装的方位角有关，对于双面组件来说，最佳倾角还与厂区反射率有关，不同反射率下，最佳倾角也是不同的。 辐照度的度量： 按照气象行业标准QX/T 89-2008《太阳能资源评估方法》，太阳能资源可分为资源最丰富、资源很丰富、资源丰富、资源一般几个类别：
国家气象局 风能太阳能资源评估中心将太阳能资源分为一类、二类、三类、四类地区：
按照国家发改委每年下发的补贴文件，太阳能资源分为三类地区，每类地区具有不同的补贴标准：
反射率：当我们使用双面组件时，地表反射率也是影响双面组件所接受辐照量的一个关键因素，反射率高，组件背面所接受到的辐照度也大。下表是不同类型的地面的反射率。
影子倍率：影子倍率是指为了符合国标50797“光伏方阵在冬至日9:00-15:00（真太阳时）不发生遮挡”的要求，方阵需要避开遮挡物的距离与遮挡物高度的比值，知道了影子倍率我们就能知道在系统设计时需要避开遮挡物的距离。不同地区的影子倍率都不相同。 小伙伴们也可以点击萃智学院公众号下方菜单“在线学习>>小智分享”下载全国338个地区最佳倾角、辐照度、发电量、影子倍率查询卡片。
四、气象条件 关键词：温度、风速、湿度 温度：温度对光伏系统的影响主要体现在以下几个方面：温度对光伏组件最大功率、开路电压、短路电流的影响。温度越高，组件最大功率越小，相应发电能力也会降低。温度对开路电压的影响将会决定一个组串最多串联组件的数量，温度低，组件开路电压大，一个组串最多能够串联的组件数就会少，所以在光伏系统设计中，我们需要了解一个地方常年最低气温与最高气温，这个数据可以在气象网站获取。 风速：风速对光伏系统的影响分为两个方面，一是光伏系统的散热，风速越大，散热越好，发电效率越高，另外，在进行支架设计时需要获取该地区最大风速。 湿度：如果使用常规铝边框组件，在高温高湿条件下，容易诱发PID效应，降低发电效率，影响组件使用寿命，所以在高温高湿情况下更适合使用双玻组件。 扫描下方二维码，点击公众号下方菜单“在线课程”，进入网站，免费学习
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