Optimum Tilt Angles for Photovoltaic Panels during Winter Months in the Vaal Triangle, South Africa

Optimizing the output power of a photovoltaic panel improves the efficiency of a solar driven energy system. The maximum output power of a photovoltaic panel depends on atmospheric conditions, such as (direct solar radiation, air pollution and cloud movements), load profile and the tilt and orientation angles. This paper describes an experimental analysis of maximizing output power of a photovoltaic panel, based on the use of existing equations of tilt angles derived from mathematical models and simulation packages. Power regulation is achieved by the use of a DC-DC converter, a fixed load resistance and a single photovoltaic panel. A data logger is used to make repeated measurements which ensure reliability of the results. The results of the paper were taken over a four month period from April through July. The photovoltaic panel was set to an orientation angle of 0? with tilt angles of 16?, 26? and 36?. Preliminary results indicate that tilt angles between 26? and 36? provide optimum photovoltaic output power for winter months in South Africa.

The Disagreement between Anisotropic-Isotropic Diffuse Solar Radiation Models as a Function of Solar Declination: Computing the Optimum Tilt Angle of Solar Panels in the Area of Southern-Italy

In this paper a simulation to maximize the global solar radiation on a sloped collecting surface was applied to typical latitudes in the area of southern Italy, to calculate the optimum tilt angle of solar panels on building structures or large photovoltaic power plants located in that geographical area. Indeed, the area of southern Italy and in particular Sicily and Calabria are the top of European locations for acquiring solar energy. Some models of diffuse solar irradiance were taken into account to determine panels inclinations that maximized the impinging solar radiation by means of global horizontal solar radiation data provided from the Italian Institute of ENEA (Italy). An algorithm was used for the simulation providing a set of tilt angles for each latitude. The optimum tilt angle values obtained from the simulation resulted to be strictly related to the model of diffuse solar radiation that was used. Indeed, the disagreement between the values obtained using anisotropic models of diffuse solar radiation and those obtained from the isotropic model resulted to decrease significantly with increasing solar declination, showing that the isotropic model can be reliable only in summer months.

Optimum Design of Tilt Angle and Horizontal Direction of Solar Collectors under Obstacle’s Shadow for Building Applications

Solar collectors can provide clean, renewable, and domestic energy. The tilt angle and horizontal direction of solar collectors significantly affect its efficiency. There are many good methods to search the optimum tilt angle and horizontal direction to realize the maximum total radiation on the solar collector within a particular day or a specific period. However, it is hard to realize it when solar collectors are placed under obstacle’s shadows;especially when some obstacles, such as trees, have irregular shapes. This paper presents algorithms to achieve the best tilt angle and horizontal direction for solar collector’s performance under the free-form surfaces 3D obstacle’s shadow. The solution process is composed of 4 steps. First, it creates a 3D scene, in which a unique color is given to the solar collector. Second, it employs orthographic projection from the point of view to get an image of the scene. Third, the number of pixels is used to represent the efficiency of the solar collector by counting the pixels of the unique color. Fourth, the efficiency of solar collector in each direction in a period of time is calculated with many images to further select the best direction.

基于耦合辐射模型的太阳能集热器倾角优化研究

为了使太阳能集热器获得更多的太阳辐射量,须对集热器倾角进行优化。文章在建立倾斜面太阳辐射计算模型的基础上,分别优化直接辐射、散射辐射的计算过程。以太阳能集热器运行期间倾斜面接收最大辐射量为求解目标,借助MATLAB对集热器倾角进行优化分析,得到月度最佳倾角和年度最佳倾角。其中天津地区的太阳能集热器年度最佳倾角为36.3°,比当地纬度略小;月度最佳倾角为10~64°,表现为夏季小冬季大的特点。相较于水平放置,在年度最佳倾角和月度最佳倾角下,太阳能集热器接收的年太阳辐射量可分别增加12.4%,17.3%;相较当地纬度作为倾角时,以月度最佳倾角值逐月调整接收的太阳辐射量可增加5.0%。分别以广州、拉萨、济南和长春为例,计算得到上述地区的年、月最佳倾角。对不同地区进行对比分析发现,直接辐射占比较高的地区逐月改变最佳倾角可获得更高的能量增益。

Effects of Antenna Tilting on Transmitting Power in Mobile Cellular Communication Systems

Radio resources must be wisely managed, in wireless communication systems, when implementing different multiple access techniques. This perspective is pivotal since the variations in propagation channel are very fast and the system is highly complex due to random and unpredictable movement of mobile users continuously. The complexity in the cellular system periodically contributes to different interference levels, high or low, resulting in the degradation of the system capacity. Transmitter power control is an efficient technique to mitigate the effect of interference under fading conditions, combat the Near-Far problem and conserve the battery life. Several remedial measures—like space diversity, frequency diversity, route diversity, increase in antenna height, antenna tilting, etc.—have been tried by many operators to overcome the debilitating effect of multipath fading in fixed line-of-sight microwave and mobile communication links. Among these remedial measures, diversity techniques have been extensively studied in terms of improvement factor, whereas the concept of antenna tilting is relatively less explored compared with other remedial measures. In this study, the effect of antenna tilting on fixed and mobile communication links is investigated to find out the optimum tilting angles in terms of design parameters, as well as on quality of service (QoS). The paper established that a deviation of more than 1.5o in antenna elevation angle would impact on QoS requirements and seriously affect the quality of signal to be received by the mobile systems.

浙江省光伏最佳倾角及斜面总辐射研究

基于浙江省1993—2021年日照时数、太阳总辐射及散射辐射观测数据,采用Angstrom-Prescott模型、斜面辐射模型,计算各个站点的水平面、最佳斜面的太阳总辐射量,并对比分析其空间分布特征差异。结果表明:浙江省水平面的年平均总辐射为4500~4910 MJ·m^(-2);浙江省最佳倾角角度为23°~27°,最佳斜面的年平均总辐射为4749~5365MJ·m^(-2),总体呈现由东北向西南递减的趋势,其中杭州湾一带及舟山沿海地区为高值区,浙西南山区为低值区;浙江省最佳倾斜面上的太阳总辐射较水平面上总辐射值有明显提升,增加量为240~460 MJ·m^(-2),增加了5.3%~9.4%;浙北北部地区太阳总辐射增加量较大,达到360MJ·m^(-2)(7.7%)以上,浙南地区太阳总辐射增加量较小,低于280 MJ·m^(-2)(6.2%)。

不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算

根据天空散射辐射各向异性的 Hay模型 ,计算倾斜面上辐射量 ,推导得到了冬半年朝向赤道倾斜面最佳倾角的数学表达式 .对我国一些地区不同方位角的倾斜面上月平均日辐射量及最佳倾角进行了计算和分析 .结果表明 ,除了直接辐射量占总辐射量比例较大的地区以外 ,一般全年最佳倾角总小于当地纬度 .当方位角增大时 ,倾斜面上辐射量要减少 ,这在高纬度地区尤其明显 .因此 ,必须选择合适的倾角 ,以尽量减少太阳辐射量的损失 .结果还发现 ,倾斜面方位角与全年最佳倾角的关系曲线和太阳电池的 I-

固定式并网光伏阵列的辐射量计算与倾角优化

在Klien和Theilacker所提出的倾斜面上月平均太阳辐照量的计算模型基础上,提出了一种使用逐步查找法确定太阳能阵列最佳倾角的新方法,并利用计算机编程语言C#完成了算法的软件实现。利用该方法对我国部分地区全年最佳倾角及其各月平均日辐射量进行了计算与分析。通过与前人研究结果对比表明,该方法具有良好的适用性,为其在光伏系统设计中的工程应用提供了可能。

3种斜面月平均总辐射模型评估及光伏阵列最佳倾角研究

为分析倾角变化对斜面辐射和光伏发电量(或效率)的影响,对武汉地区正南朝向斜面月平均总辐射计算方法和光伏阵列最佳倾角问题进行理论研究和探讨,并通过湖北省气象局多倾角光伏组件观测试验系统进行试验验证,结果表明:1)Hay模型最适合散射辐射较多的武汉地区斜面辐射计算;2)武汉地区固定式光伏阵列年最佳倾角理论值和实测值均为20°,该倾角年总辐射量相比水平面增加4.0%,而年发电量增加14.9%,最佳倾角安装下系统效率为86.1%,装机年发电量约1.02 k Wh/Wp;3)分冬/夏半年调整一次安装倾角,可使斜面年总辐射量增幅较大,冬/夏半年的最佳倾角理论值均小于实测值(45°/10°),该方式下年总辐射量相比于水平面增加7.5%,而年发电量增幅高达18.1%。

固定式太阳能光伏板最佳倾角设计方法研究

为实现太阳能光伏板最佳倾角的设计及优化,通过Matlab建立倾斜放置的光伏板表面接收太阳辐射能模型,计算得到光伏板上的辐射能,推导出光伏板的年最佳倾角和季节最佳倾角.为使光伏板最大限度地接收太阳辐射能,在对传统季节区段重新划分的基础上,优化了季节最佳倾角.结合杭州本地情况,实测光伏板接收的太阳能日辐射量,对不同倾角下的日辐射能进行计算和分析.研究表明,根据季节调整倾角的光伏板接收的年辐射能,与水平和年最佳倾角放置的光伏板相比,分别提高了11.5%和4.1%,水平光伏板辐射能的理论值与实验值误差在5%以内,完全能满足一般太阳能工程研究的需要.

固定式光伏方阵最佳倾角

负荷全年均衡分布的光伏系统,在确定固定式光伏方阵的最佳倾角时,应综合考虑方阵面上太阳辐照度的连续性、均匀性和极大性,还应考虑系统的经济性,使所用太阳电池和蓄电池最少。对我国部分地区光伏方阵的最佳倾角进行了计算和分析。

太阳能热水系统集热器最佳倾角的确定

考虑系统安装的地理位置、使用时间、环境温度和系统热负荷等因素对热水系统集热量影响,给出太阳集热器最佳倾角的确定方法,并以上海临港地区为例进行计算机仿真与实验。结果表明,在太阳能热水系统补充热量最小的倾角时,才能更有效地利用冬季的太阳能资源,从而实现全年太阳能的最大利用,达到节能减排的效果。

固定式太阳能光伏板输出功率的若干问题

针对太阳能光伏板输出功率受条件制约的问题,通过Matlab建立了倾斜放置的太阳能光伏板表面所接收的太阳辐射能的数学模型,并实测了太阳辐射能及光伏板的输出功率等数据,探讨了太阳能光伏板的最佳倾角和温度对光伏电板输出功率的影响。研究结果表明,太阳能光伏板在最佳季节倾角下,与水平放置的太阳能光伏板相比,其输出功率提高12%左右;同时,光伏板表面温度每升高10℃,功率减少5%左右。

西昌市太阳能热水系统集热面积、水箱容积与倾角的组合优化

太阳能热水系统设计中集热器面积、水箱容积、最佳倾角是相互影响的,在辅热量最小原则下,三者还没有一个系统的组合优化方案。为研究三者的组合关系,建立完整的太阳能热水系统模型,提出一套系统的组合优化方法。综合考虑技术、经济因素对系统性能的影响,提出净节省费用的概念,并依据辅热量最小原则与净节省费用最大原则分别给出两套组合优化方案,进而对两套方案进行分析。为太阳能热水系统中集热器面积、水箱容积、最佳倾角的合理设计提供依据。

并网光伏系统性能精细化评估方法研究

为综合评估并网光伏电站性能和效益，从太阳能资源和并网光伏系统运行角度引入、整合了一套完整的指标体系，探讨光伏发电潜能计算方法。利用武汉站近30a（1981～2011年）气象资料、华中科技大学并网光伏电站（2010年1月～2011年12月）及湖北省气象局并网光伏电站（2011年4月～2012年3月）电量资料，对武汉市太阳资源分布特征和两座分布式并网光伏发电系统进行综合评价，结果表明：1）武汉近30a年平均总辐射量为1151．2kWh／m2，平均直射比为0．41，属于散射辐射较多地区；2）武汉近30a平均最佳倾角为15。，最佳倾角斜面总辐射量1175．OkWh／m2，理论发电时数1175．0h；3）华中科技大学并网光伏系统以40。倾角安装，2010～2011年实际工况下两年平均PR（系统效率）为65．5％，阵列效率为9．8％，系统能效比为9．3％，容积因子为8．8％；湖北省气象局多品硅并网光伏系统以15°倾角安装，实际工况下年平均朋为73．5％，阵列效率为11．5％，系统能效比为10．7％，容积因子为10．1％；4）武汉以近30a平均最佳倾角为15°安装的屋顶分布式并『斓光伏系统，每kW装机容量的年上网电量约为863．6kWh。

山西不同地区太阳辐射量及最佳倾角分析

太阳辐射资料是太阳能利用中重要科学依据之一。采用太阳辐射量气象学模型,研究了山西不同地区水平面上太阳辐射量,并与山西各市太阳辐射实测值分别进行回归分析,得到太阳辐射量理论公式修正系数及经验公式。经过检验,经验公式的计算结果相关性显著,相关性达95%以上。然后结合Hay模型分析了山西不同地区太阳能光伏板的最佳倾度,得出大多数地区最佳倾度小于当地纬度,并实现了对太阳辐射量及最佳倾度计算的软件开发与研究,为山西地区太阳能工程计算提供理论依据,并为相近地区太阳辐射量计算提供参考。

任意朝向的光伏电池板最佳安装倾角的研究

提出一种针对任意朝向安装的固定式光伏电池板计算最佳安装倾角的计算方法。通过建立倾斜面上瞬时光辐射量数学模型,推导出年聚光量的计算方法。以步长为0.2°逐一计算不同安装倾角下的年辐射量,寻优比较得到任意朝向安装的固定式光伏电池板的最佳安装倾角。以太阳能资源丰富的青海省部分地区为例,根据晴好天气条件下的太阳辐射参数,计算了不同坡度、不同朝向安装的光伏电池板的年聚光量。

太阳辐射接受面最佳倾角的计算与分析

以一段时间内接受到最大太阳辐射量为目标,根据典型气象年的逐时气象数据,对全国一些主要城市的月、季以及年的太阳辐射接受面的最佳倾角进行了计算.计算结果表明:气候条件对最佳倾角的选择影响较大,以当地纬度为基础的估算误差较大,气候条件的差异导致不同地区相应时间段内的最佳倾角有较大波动.与全年定倾角的接受面相比,按月调整倾角,全年接受的辐射量可增加3%～15%.另外,对于大部分地区,将接受面的方位角设置向东偏一定角度可以有效增加接受到的辐射量.

一种固定式光伏电池板最佳安装倾角优化算法

针对安装固定式的光伏电池板建立瞬时辐射量模型,并给出固定安装时的年最佳设计倾角计算方法。以步长为0.01°逐一计算不同安装倾角下的年辐射量,利用设定角度范围进行循环穷举法寻优的方式计算安装固定式的光伏太阳电池板的最佳倾角。以部分城市为例计算固定安装时的年最佳设计倾角,另外给出了以北京为例一个城市的每月最佳倾角及平均日光辐射总量。结果分析表明,本算法具有一定的实用参考价值。

固定式光伏方阵最佳倾角的计算与分析

利用太阳辐射量和天空散射各向异性的模型,分析固定式光伏方阵最佳倾角,计算出7种不同倾角下的各月日总辐射量和平均日辐射量。在确定最佳倾角时,以夏半年和冬半年方阵面上接收到的平均日辐射量H1和H2为依据,呈现出H1和H2随倾角变化的曲线。结果表明,夏半年平均日辐射量H1随倾角的增大逐渐减小,冬半年的平均日辐射量H2随着倾角的增大呈现出先增后减的趋势,并在某个倾角处出现最大值。分别以张掖、拉萨、广州为例,计算上述地区不同倾斜面上的平均日辐射量,经过分析比较最终确定张掖、拉萨、广州地区的最佳倾角。