丽江市太阳能集热器最佳安装倾角研究
来源：太阳能工程
0 前言
丽江市自2009年被列入第一批国家可再生能源建筑应用城市示范项目以来，太阳能热力系统应用示范工作迅速开展起来，其应用数量比例占丽江市可再生能源建筑应用示范项目的96.6%。随着技术的不断进步，太阳能热力系统与建筑相结合的应用越来越广泛，太阳能集热器作为太阳能热力系统的重要组成部分，其安装倾角的选择，对整个系统的热性能有着关键作用，但不同生产安装厂家在设计安装过程中一般都是凭经验行事，缺乏规范的标准或科学的依据。针对此问题，本文借助丽江市可再生能源建筑应用示范项目的能效测评工作，对丽江市太阳能集热器安装倾角与太阳辐照的关系进行研究，得出适合丽江市太阳能集热器安装的最佳倾角，为太阳能与建筑相结合的合理设计及安装提供有益参考。
1 丽江市太阳能集热器安装倾角分析
在丽江市可再生能源建筑应用示范项目的能效测评工作中，发现丽江市太阳能与建筑相结合项目在太阳能集热器的安装过程中存在一些问题，安装倾角参差不齐，表1为丽江市可再生能源建筑应用示范项目太阳能集热器安装倾角与数量分布，图1为丽江市可再生能源建筑应用示范项目太阳能集热器安装倾角与比例分布。
由表1和图1可以发现，在丽江市已进行能效测评的50个示范项目中，太阳能集热器安装倾角分布最广的是45°角，其次是30°角，但所占比例已从56%下降到10%，其余安装倾角分别所占比例在2%～6%之间。其中，30°以下（包括30°）安装倾角项目多为集中集热太阳能热力系统或与建筑相结合的家用太阳能热力系统，其余项目均为普通家用太阳能热力系统，且以45°安装倾角居多。由此可知，在丽江市进行示范的与建筑相结合的太阳能热力项目中，以家用太阳能热力系统项目居多，但其安装倾角多数为厂家统一生产的45°角，缺乏适合丽江市本地安装倾角的太阳能集热器。
2 太阳能集热器倾斜面太阳辐照模型
太阳能集热器倾斜面上接收的太阳辐射量包括直射辐射量、散射辐射量和地面反射辐射量HTg，即
2.2 散射辐射
在众多散射辐射模型中，Hay的异质分布模型更接近实际情况[3～4]。该模型认为太阳能集热器倾斜面上所接收的散射辐射量是由太阳光盘的散射量和其余天空穹顶均匀分布的散射辐射量构成，其计算公式为：
利用上述公式，结合各地水平面上的太阳总辐射和散射辐射数据，可以计算出集热器倾斜面在当地各月典型日（一般取月中那天）太阳辐射情况下的最佳倾角，并可以分析集热器倾角与太阳辐照的关系。
3 最佳倾角计算
当太阳能集热器朝正南放置（酌＝0）时，对于确定位置，太阳能集热器倾斜面上接收的太阳辐射量为常量，对倾角为太阳能集热器倾斜面上接收的太阳辐射量HT进行求导，可得：（16）当统计得到某地典型气象年各月水平面上总辐射量和散射辐射量时，便可计算得出各月太阳辐射总量最大状态下太阳能集热器安装的最佳倾角。表2为丽江市典型气象年各月水平面上太阳总辐射量和散射辐射量，由此可计算出丽江市在正南方向安装太阳能集热器的最佳倾角（见表3）。从表2和表3可以看出，丽江市全年各月水平面上太阳总辐射量差距较大，范围在437MJ/m2～635MJ/m2。夏半年（春分日到秋分日）太阳辐射相对较大，最大值出现在5月，为635MJ/m2；冬半年（秋分日到春分日）太阳辐射相对较小，最小值出现在9月，为437MJ/m2。因为太阳辐照的变化，使不同月份太阳能集热器最佳倾角也发生较大变化，9月份倾角最大，为60.71°，12月份倾角最小，为1.65°。不同月份太阳能集热器安装最佳倾角差距过大，会导致安装存在一定困难，很难找到适合全年的最佳角度。本文对丽江市各月太阳能集热器安装最佳倾角进行线性拟合计算，得到全年最佳安装倾角=33.03475°，此时太阳能集热器倾斜面接收的最大太阳总辐射量为5688MJ/（m2·a）力系统居多，但其安装倾角多数为厂家统一生产的45°角，缺乏适合丽江市本地安装倾角的太阳能集热器。
2.本文通过建立太阳能集热器倾斜面的太阳辐照模型，得出了计算集热器安装最佳倾角的方法。
3.以丽江市典型气象年各月水平面上接收到的总辐射量和散射辐射量为依据，在正南方向下，计算得到各月太阳辐射总量最大状态下太阳能集热器安装的最佳倾角，确定了全年安装的最佳倾角为=33.03475°，此时太阳能集热器倾斜面接收的最大太阳总辐射量为5688MJ（m2·a）。
4.本文通过对丽江市太阳能集热器安装倾角与太阳辐照关系的研究，得出了适合丽江市太阳能集热器安装的最佳倾角，有一定的工程实际意义，为太阳能建筑一体化的合理设计及安装提供了有益参考
（作者：刘正荣。1977年11月5日生，大学本科学历，房地产经济师，云南建筑技术发展中心建筑节能与咨询部部长）
