有些太阳能收集器以一定的方式跟踪太阳,目的是使太阳光照射到收集器平面的入射角最小,进而使平面接收到的太阳辐照量极大化。对于这种运动平面需要知道太阳的入射角和平面的方位角。
跟踪系统可以根据其运动方式来分类:一类是环绕单轴转动,轴可以是任何朝向的,实际上通常只有水平东、西向,水平南、北向,垂直或平行于地球轴这几种方向;另一类是双轴转动。
(1)对于按天调整沿水平东、西向轴转动的平面,使每天中午太阳直接辐射垂直入射到接收平面上时:
这个平面的倾角对于每天是固定的。
平面的方位角在一天中是0°还是180°,具体取决于纬度和赤纬角:
(2)对于绕水平东、西向轴转动的平面并可连续调整,要使太阳入射角极小化时:
平面倾角由下式确定:
如果太阳的方位角经过±90°,这类平面方位角的朝向将在0°~180°之间变化,对于两半球:
(3)对于绕水平南、北向轴转动的平面并可连续调整,要使太阳入射角极小化时:
其倾角由下式确定:
平面的方位角 γ 是90°还是-90°取决于太阳的方位角是大于0°还是小于0°:
(4)对于以固定倾角绕垂直于地球轴转动的平面,在其平面方位角与太阳方位角相等时,太阳入射角最小。
由式(2-11),太阳入射角 θ T 可由下式得出:
由于倾角是固定的,因此 β 为常数;平面的方位角 γ = γ s 。
(5)对于绕平行于地球轴线以南、北轴向转动的平面并连续调整,要使太阳入射角极小化时:
倾角是连续变化的,并且等于:
平面的方位角为:
式中,
(6)对于以双轴连续跟踪的平面,要使其入射角极小化时:
【 例2-7 】 对于绕水平东、西轴方向连续转动以达到 θ T 极小化,在平面处于以下两种情况时:
(1) φ =40°, δ =21°, ω =30°(14∶00)
(2) φ =40°, δ =21°, ω =100°
试分别计算太阳直接辐射的入射角和太阳天顶角。
解:
(1)对于以这种方式运动的平面,首先计算其入射角,根据式(2-14a)得
θ T =arccos(1-cos 2 21°×sin 2 30°) 1/2 =27.8°
其次,由式(2-4a)计算太阳天顶角 θ Z :
θ Z =arccos(cos 40°×cos 21°×cos 30°+sin 40°×sin 21°)=31.8°
(2)与步骤(1)相同:
θ T =arccos(1-cos 2 21°×sin 2 100°) 1 /2=66.8°
θ Z=arccos(cos 40°×cos 21°×cos100°+sin 40°×sin 21°)=83.9°