太阳能安装人员的启示：太阳-地球关系

太阳能模块能安装在四种框架上：固定型、可按季节校准的固定型、单轴跟踪器或双轴跟踪器。

固定型框架朝向南方，设置在一个固定的倾斜角，通常等于所在地点的纬度。如图2-13所示，倾斜角是阵列表面与从阵列向后的虚拟水平延长线之间的竖向的角度。固定型框架可安装在房顶或地面上，也可柱上安装。

图2-13 a和b：倾斜角

a）阵列的倾斜角，它根据太阳的高度角进行校准。倾斜角可以全年设置在同一个角度，称为最优角度 b）按季节校准，甚至按月校准，不过多数房主认为这过于麻烦。

可按季节校准的固定型框架与固定型框架很类似，但是能够校准，在不同季节增大或减小倾斜角。冬季可以增大倾斜角以便从小角度的冬季阳光中捕获更多的能量，而夏季则可以减小倾斜角以便从大角度的夏季阳光中捕获更多的能量。

单轴跟踪器的设计是根据太阳方位角的变化进行自动校准，实现从日出到日落的整个过程中都能跟踪太阳。单轴跟踪器能够使阵列的发电量增加多达30%。

双轴跟踪器自动校准倾斜角和方位角，随地点不同，最多能够使阵列的发电量增加40%。

为了捕获最多的太阳能，太阳能阵列应该指向真南（在北半球），而不是磁南。它们有什么差别呢？

真北和真南是测量员用来确定特征线的量。特征直线是与经线平行的虚拟的线，当然，经线是从南极到北极的（真北和真南也就是真实的地理意义上的北和南）。另一方面，磁北和磁南是由地球磁场决定的，可以用指南针测量。不巧的是，磁北和磁南与经线几乎都不在一条线上——也就是说，它们几乎都不在真南真北的方向上。有些地区，磁北和磁南会非常显著地偏离真北和真南。磁北和磁南偏离真北和真南的程度叫做磁偏角。

图2-14给出了北美洲真北和真南相对磁北和磁南的偏移量——磁偏角。您也许想花点时间研究一下这张地图。请先找到您所在的州，然后读最近的等势线上的数值。如果您居住在美国东部，您将注意到那些线都标注了负号，这就表示向西的偏移——意味着真南位于磁南的西部。如果您居住在美国中西部和西部，那些线都是正的，这就表示向东的偏移。也就是说，真北和真南处于磁北和磁南的东部。

图2-14 磁偏角。这张地图上的等势线表示的是美国的磁偏角。请注意负数表示向西的偏移（意味着真南位于磁南的西面），正数表示向东的偏移（意味着真南在磁南的东面）。

如果要确定您的住所或工作地点的磁偏角，您可以参考这张地图，不过当地的测量员或者附近的机场能够提供更详细的信息。一定要问问磁偏角是向东还是向西。请记住，磁北和磁南不仅会偏离真北和真南，还会逐年发生非常轻微的变化。测量员会跟踪每年的变化。还要记住，在任何一个地点，指南针的读数可能有轻微的误差。比方说，如果您把指南针放得离您的汽车太近，它就不会准确地指向磁南。关于这个问题更多的讨论以及确定真南的防错方法，请参见所附文本框的内容。

我们将在接下来的几章中指出，把太阳能阵列朝向真南固然是最理想的，但这并不总是可能的。不要在这个问题上过多的耗费气力，因为有些偏差也是允许的。实际上，在方位角误差小于约25°时，阵列的朝向偏离真南所引起的发电量减少是非常轻微的。

理想情况下，太阳能阵列应该从日出到日落始终直接指向太阳，从而产生最多的能量。此前在本章已讨论过，这样做可以优化落在阵列上的能量密度，这是将阵列指向太阳的主要好处。这样做还能够保证阳光时刻都迎面照射在阵列上——也就是说，与阵列表面垂直，使得被模块表面反射掉的阳光最少，保证最大程度的吸收（这是次要的好处，也不像最大化能量密度那么显著）。(www.xing528.com)

阳光能量照射阵列表面——或任何物体，就此而言的角度叫做入射角（从技术角度讲，入射角是进入的阳光辐射和模块表面的垂线之间的夹角）。减小入射角，可以增加辐射照度及减少反射掉的阳光，从而增加发电量。理想情况下，入射角（进入的太阳辐射的角度）应为0°。

采用跟踪器，能够使阵列时刻与太阳保持同向，减小入射角。跟踪器是一种主动受控或者被动受控的太阳能支撑系统。如刚刚讲过的，柱上安装的单轴跟踪器根据方位角的变化自动校准。也就是说，当太阳从空中走过时，它从东向西一直跟踪太阳。但是，当白天太阳的高度角变化时，它不调整倾斜角。双轴跟踪器则调整高度角和方位角。也就是说，它从日出到日落跟踪太阳，且校准阵列的倾斜角来适应高度角的变化。

找到真南

大多数太阳能安装人员定位真南的方法是，先用指南针找到磁南，然后根据磁偏角进行校准，如前文所述。很可惜，这样做的结果不总是准确的。一个原因是磁场会受到附近铁矿层的影响。指南针读数会被铁、钢或附近磁体影响。附近的汽车、您口袋里的钥匙、金属工具、钢柱子、手机和音频扬声器（包含磁体）都会改变指南针的读数，我们称之为磁偏角。为了避免磁偏角，要确保远离汽车或金属物体。

另一个——肯定没问题——找到真北和真南的方法是在晴朗的夜晚出去，确定北极星的位置。“北极星总是准确在真北或者只有十分之几度的误差”，Grey Chisholm说，他是《Home Power》（第120期）的注解中“找到真北的简单方法”的作者。您如何定位北极星呢？

它坐落在小北斗星柄端，如图2-15所示；Chisholm说，也可以通过“顺着北斗七星勺子外沿的两颗指极星”找到它的位置，这两颗星的连线直接指向北极星。

要用北极星确定真北和真南，请把一根长的篱笆竿子插到地上，然后向南走一点，这样您与那根竿子和北极星在同一条直线上。在这个点，往地上插上第二根篱笆竿子。现在，您就做出了一条直线，它从真北到真南。利用这条线来给您的PV阵列定向。

图2-15 北极星：用北极星来确定真北

虽然跟踪有助于提高阵列的发电量，但是多数PV模块安装在固定型框架上——方便起见，全年都设置在一个特定角度。固定型框架可以固定在柱子上或者安装在地上或房顶上。当安装人员安装固定型框架时，他们通过校准阵列的倾斜角来实现最优的性能。

您在第8章中将会看到，多数安装人员根据所在地点的纬度确定安装阵列时的倾斜角。科罗拉多州的丹佛市为北纬40°，安装人员通常以40°的倾斜角安装阵列。在佛罗里达北部，北纬30°，他们则把阵列的倾斜角设置为30°。

对于固定型的太阳能阵列，按照与当地纬度相匹配的倾斜角将其尽可能的朝向真南，往往能够得到最佳的全年工作性能。不过，为了优化夏季的性能，倾斜角应该减小约15°；而为了增加冬季的发电量，倾斜角应该增大约15°。

您在第8章将会学到，太阳能选址变化相当大。多数地点在夏季要比在冬季经历更多的阳光，而且一些位置实际上能接收夏天所有的阳光。比如不列颠哥伦比亚的彭伯顿，位于北纬50°，冬天极其多云（每天的峰值日照小时数平均只有0.8～2），如表2-1所示。夏天则阳光明媚一些，每天的峰值日照小时数平均从3.6～5.6。根据经验，阵列的倾斜角应设为50°，可是，由于夏天的明媚时节，若减小固定型阵列的倾斜角，房主就能够在晚春、夏季和早秋捕获更充足的大角度阳光，从而改善PV系统的年工作性能。

表2-1 不列颠哥伦比亚省彭伯顿市的太阳日照率入射到水平表面上的月平均日照率（kW·h/m²/天）