纬度和太阳系设计的新规则

随着太阳能开发商扩展到新的州或地区，一个新的太阳能设计问题经常出现:家庭办公室的设计实践应该如何映射到新的地点或地区?

历史上，设计选择都是基于项目的纬度。许多太阳能工程师认为，一个组件的倾斜程度必须与所在位置的纬度相等——此外，行间距是根据冬至时各行的阴影计算出来的(也受到所在位置的纬度的显著影响)。

然而最近，随着硬件价格的降低和软件工具的改进，优化设计正在演变。那么，一个工程师的最佳设计选择会因地点的不同而有多大差异呢?随着时间的推移，这有什么变化?

历史上的设计规则因纬度的不同而有很大差异

在历史上，模块倾斜于或接近项目所在的纬度。这意味着迈阿密的倾斜度为25度，北卡罗来纳州罗利为35度，西雅图为45度。这一方向优化了全年的太阳角度，使模块尽可能接近太阳在天空中的平均位置。

然后，行距通常是根据一个规则来定义的，即在冬至的上午10点到下午2点之间不允许行间遮阴。这对行间距产生了双重影响。不仅模块在高纬度地区倾斜得更厉害，而且因为冬至时在那些北方地区，太阳在地平线上的位置更低，所以它们投射的阴影更长。因此，北纬地区的行间距通常非常大——在这里的例子中，西雅图的行间距接近9 '，而迈阿密的行间距低于2 '。

这些设计规则有利于保持每瓦特的高能源生产率(特别是优化kWh/kWp)，但在空间有限的屋顶上，会导致更小的系统。例如，在迈阿密可以支持545-kWdc阵列的屋顶，在西雅图只能支持240-kWdc阵列，差异超过55%!当模块很昂贵时，这是一个正确的权衡。但随着价格逐渐下跌，这种高调的做法越来越不合理。

较低的倾斜与时间的一天间隔

使用更便宜的模块，更低的倾斜度成为最佳选择:在单位面积内增加瓦特，牺牲峰值瓦特的发电量(kWh/kWp)，以优化总发电量。大多数系统安装在相对较低的倾斜度(通常为10到15°)，但在冬至上午10点至下午2点避免遮阳的行间距规则仍然存在。这导致了不同系统之间更大的协调。

虽然冬至日的太阳角度因纬度而不同，但对行间距的净影响相对较小(将行间距从~1.2 '改变到~1.6 ')，导致迈阿密和西雅图的系统尺寸只有大约10%的差异。

现代方法:优化行间距

最后，由于现代软件工具使系统设计人员能够快速评估行间距和倾斜的不同组合，设计的最后阶段是围绕迭代和优化构建的。

在这个世界上，从一个地方到另一个地方有多大的可变性?如图5所示，对于大多数位置，尽可能低的倾斜是最好的。它只有两个最北部的地点(斯波坎和波士顿)，更高的倾斜和更宽的间距是最佳的。这是有道理的，因为在北纬地区太阳的角度较低。

因此，迈阿密和西雅图的屋顶面积仅相差14%。比它们都安装在15°倾斜的位置上要多，但没有我们在分析时想象的那么重要。

事物变化越多，保持不变的就越多

你可能会认为，随着行业从“经验法则”转向量化优化，不同地点的优化设计将会因每个地点的独特方面而产生巨大差异。毕竟，不同的地方有着截然不同的天气模式、温度和太阳角度。但是，这些设计并没有改变太多——事实上，它们比原来基于纬度倾斜的设计更加协调。

当然，任何真正想要榨干项目每一块钱的系统工程师都应该确保倾斜和间距是优化的——毕竟，20分钟的分析可以提高项目3 - 5%的利润。但总而言之，全国各地的优化系统正趋向于看起来更相似而不是不同。

脚注:

倾斜:我们只看到最小的5°倾斜。虽然理论上可以降低倾斜度，但由于雨水无法冲走模块上的污垢和灰尘，因此会增加污染损失。

成本:此优化分析基于NREL的系统顾问模型中的默认成本结构。我们对每个地点使用相同的成本假设，以保持一个苹果对苹果的分析，因为我们试图分离辐照度和太阳角度的影响——但我们当然理解，劳动力、许可和互连成本可能不同，有时很大，从州到州。