在太阳能光伏电站设计中，电池阵列的布置非常重要。阵列间的距离对电站的输出功率和转换效率有较大的影响，如安装不妥，后排的太阳光将被前排遮挡。与阵列间距密切相关的是太阳高度角，因此本文中提出了两种计算太阳高度角的方法，并对结果进行比较。

1.1太阳能支架安装的高度角

太阳能电池阵列安装见图所示，图中物理量将在下文中进行说明。

太阳高度角是指对于地球上的某个地点太阳光的入射方向和地平面之间的夹角。太阳高度角是决定地球表面获得太阳热能多少的最重要因素。

1.1.1影子倍率法计算太阳高度角

一般在水平面垂直竖立的高为L的木杆，其南北方向影子的长度为Ls，太阳的高度角为h，方位角为α，那么影子的倍率R可由下式表示:

R = LS/L= ctgh·cosα ( 1)

式中: R为影子倍率;L为阵列高度;Ls为影子长度;h为太阳高度角;α为太阳方位角。

阵列的影子长度因安装场所的维度、季节、时间不同而异，如果在影子最长的冬至，从午前9:00至午后15: 00，影子对阵列没有影响，说明太阳电池输出功率不受影响。通过“冬至太阳位置图”可以知道这段时间内的太阳高度角h和方位角α。

1.1.2根据函数计算太阳高度角

根据球面三角函数分析认为太阳高度与观测者的地理纬度、太阳赤纬和方位角有着一定关系，它们之间的关系式为:

sinh = sinφ·sinδ + cosφ·cosδ·cosα ( 2)

式中: φ———当地纬度角;

δ———当地赤纬角。

一年中第n 天的赤纬角δ按如下公式计算:

δ= 23. 15·sin[360·(281 + n)/365] ( 3)

式( 2) ( 3) 中，若已知某点的地理位置，日期和时刻，就可以算出当地当时的太阳高度角。正午时，太阳方位角为零，则cosα= 1，式( 2)变为

sinh = sinφ·sinδ + cosδ·cosδ =cos(φ－δ) = sin［90°－( φ－δ)］( 1)

得出计算太阳高度角的基本公式:

h=90°－(φ－δ) ( 5)

1.2 阵列间距的计算

1.2.1 利用1.1.1中方法计算间距

由公式( 1) 可以得出:

LS = L·ctgh·cosα (6)

h 与α根据当地纬度可以查出，Ls即可求出。

1.2.2利用1.1.1 中方法计算间距

由图15可以知道太阳高度角与电池阵列之间的关系，由几何图形分析可得:

(L－e)/Ls= tgh = tg［90°－ ( φ－δ) ］ (7)

Ls = ( L － e) ·ctgh= ( L－e)·ctg［90°－(φ－δ)］ ( 8)

由公式( 8) 可知，太阳高度角h 越小，其投影距离L 越大。所以设计采用最小的入射角即冬至日太阳高度角进行阵列间距的计算可以满足要求。

5总结