第二节太阳对地球的影响+太阳高度角(优秀案例：光伏)

屋顶光伏发电：让屋顶变身“聚宝盆”

“给你一点阳光，你就灿烂。”虽是一句调侃话；

但，对于屋顶光伏电的居民来说，确实可以开心灿烂。

为什么呢？

因为可以让屋顶变身“聚宝盆”！

什么是屋顶光伏发电呢？

（如下图示意）

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成。

光伏发电分为并网光伏发电系统和独立光伏发电系统。

【并网光伏发电系统】

并网太阳能光伏发电系统是由光伏电池方阵并网逆变器组成，不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接将电能输入公共电网。并网太阳能光伏发电系统相比离网太阳能光伏发电系统省掉了蓄电池储能和释放的过程，减少了其中的能量消耗，节约了占地空间，还降低了配置成本。

【独立光伏发电系统】

独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。

不管是并网光伏发电系统，还是独立光伏发电系统，最关键的就是需要有一定的太阳光照或者太阳辐射，满足足够的太阳能资源。

那么咱们同学家（广东）的屋顶可以安装这种发电系统吗？

答案是：可以的。

因为广东在中国的南部，太阳辐射能量非常丰富。

但除了广东地区，我国其他地区也适合安装光伏发电系统吗？

如果大家了解我国不同地区太阳辐射能量的储量情况，大家就会有答案了。中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。中国地处北半球，南北距离和东西距离都在5000公里以上。在中国广阔的土地上，有着丰富的太阳能资源。大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，西藏日辐射量最高达每平米8千瓦时。年日照时数大于2000小时。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能。

全国各地太阳年辐射总量为3340～8400MJ/m2，中值为5 852MJ/m2，其中青藏高原太阳能辐射量比全国其他省区和同纬度的地区都高，如人们称为"日光城"的拉萨市，1961～1970年的平均值，年平均日照时间为3005.7h，相对日照为68%，年平均晴天为108. 5d、阴天为98.8d，年平均云量为4.8，年太阳总辐射量为8160MJ/m2；太阳能资源最贫乏的四川盆地，全年日照数虽然只有1000~1400h，但也基本能够满足自家用电的需求；

太阳能辐射量的多少主要与哪些因素有关呢？

1．太阳高度角的大小；太阳高度角越大，单位时间内吸收的太阳辐射量就越多。

2．天气状况（大气的削弱作用）；大气越稀薄，云层越薄，削弱作用越小，到达地面的太阳辐射量就越多。

3．海拔高度；海拔越高，太阳光线到达地面经过的路程越短，单位时间内到达的地面辐射量越多。

那么，在太阳辐射量丰富的地区，如何才能有效发挥光伏发电设施的最大功效呢？

这就必须明白以下两个问题：

1．太阳高度角如何计算？

太阳光线与地平面的交角叫做太阳高度角，简称太阳高度。

太阳位于天顶时，它的高度为90°，称为直射；太阳高度小于90°，而大于0°时为斜射；太阳位于地平线时，它的高度为0°。在一日内，太阳位于上中天（即当地地方时为12时）时，其高度达到最大值，称为“正午太阳高度”（H）。

太阳直射点的移动轨迹图

正午太阳高度的计算公式：H=90º-|φ±δ|

（H为正午太阳高度，φ为当地纬度，δ为直射点的纬度，φ、δ永远取正值）

“±”取法：同减异加（即φ、δ在同半球时两者相减，在不同半球时两者相加）

如广州（23°8'N）为例，求出冬至日时的正午太阳高度H。

解答：冬至日，δ为23°26’S，与广州不在相同半球，则

H=90º-|23°8'+23°26'|=43°26'

因此，广州冬至日时的正午太阳高度为43°26'。

2．太阳能集热板的朝向和与地面角度？

因为我国在北半球，而且绝大部分都在北回归线以北地区（除海南省和广东、广西、台湾、云南省南部小区域外），所以太阳光线几乎都是从南面照射过来；因此，太阳能集热板为了达到最佳采集太阳辐射量，应该朝南设置安装，使之调整到与太阳光线垂直（夏至日太阳高度角达到一年中最大值，冬至日达到一年中最小值）。或者太阳能板正面的朝向与日影延伸的方向相反。

当太阳光线与太阳能集热板垂直时，太阳能板采集到的太阳辐射量最多，发电量最高。即a+H=900（a表示太阳能板与地面的夹角，H表示太阳高度角）

倾角ａ＝90°－∠H

＝90°－正午太阳高度

＝90°－〔90º－|φ±δ|〕

, ＝|φ±δ|

要保证全年都有较好的光照，倾角须在最小倾角和最大倾角之间;

最小倾角为夏至时：ａ＝|φ±δ|=|23°8'-23°26'|=18'，

最大倾角为冬至时：ａ＝|φ±δ|=|23°8'+23°26'|=46°34'，

所以太阳能板倾角ａ应保持在18'和46°34'之间，集到的太阳辐射量最多，发电量最高。

通过上面的了解，就可以计算出各个地区的太阳高度角，调整好太阳能集热板的朝向或与地面角度；这样，就可以顺畅的安装自家屋顶的太阳能集热板，持续不断的通过屋顶进行光伏发电。

屋顶光伏发电有可多优势：

第一，清洁能源，环保，无污染，无噪音，无辐射，标准的绿色能源使用设备。这些特点完全是符合现如今的低碳生活理念。

（清洁能源）

第二，太阳能具有取之不尽，用之不竭的特点，所以以太阳能为主要能源，再辅以电能存储设备，可以做到全天候24小时使用。

第三，组成元件比较的少，系统安装维护简单，安全系数高，使用寿命长。不需要进行电路的架设，以及对地面进行线路铺设施工，使得在投入使用安装的过程中，不会对周围造成太大的影响。在维护保养方面，极为简单，在加上设备本身的材质，科技含量较高，使得其自身的使用寿命长。