2.4 跟踪平面的角度

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° 3mg54eLW/W5timElmWNpBnHvXphoj3wFTnRg275nDKt2G8YkfXqG6ezJV8GRE3iH