3.2　几何效应

纬度、白昼时间和季节都影响水平直射在地球表面的太阳能量。假设平板集电器的面积为A，倾斜角度为β，垂直朝向太阳。假设上午9：00时，太阳的12条光线从高度角γ方向打到集电器。但是，如果集电器水平铺设在地球表面上，即β=0°，集电器仅捕获9条射线，如图3.1所示。

显然，当阳光在正上方而集电器水平放置，将捕获所有的太阳光线，如图3.2所示。

要使太阳能电池组件始终面向太阳而获得最大能量，可以通过使用“跟踪”设备使集电器跟随太阳而实现。太阳能跟踪器不适用于仅有1或2块光伏组件的家用太阳能系统，但可以应用在更大的系统中（注：太阳能跟踪器在第8章介绍）。

在家用太阳能系统中，太阳能电池组件应以一定的角度（γ）倾斜，如图3.3所示，朝向正北或正南（根据位于南半球或北半球而不同），使得有太阳光和光伏组件之间夹角是90°。

在北半球的光伏组件应朝向正南，在南半球的光伏组件应朝向正北。最佳倾斜角通常是当地纬度加5°～15°，但也应取决于确切位置和具体应用。

在热带地区（北回归线和南回归线之间），太阳在光伏组件的北方或者南方均会发现。一般情况下，位于南半球的光伏组件朝向北方，位于北半球的光伏组件朝向南方。在纬度为0°～15°的地方，光伏组件通常应有10℃的水平倾斜（有利于维持自我清洁）。对于15°和23.5°之间的纬度，光伏组件通常应在15°～20°倾斜。

太阳位置由两个角度决定：

（1）太阳高度角γ是太阳光线与水平面之间的角度。

（2）太阳方位角α是太阳光线在水平面上的投影与正北方向之间的角度。方位从0°（正北）顺时针旋转359°，东为90°，南为180°，西为270°。

太阳高度角和方位角示意如图3.4所示。

方位角单位为（°），从北开始顺时针旋转计算高度。太阳高度角是面向太阳时地平面和太阳之间的角度。表3.2为悉尼6月和12月的太阳高度角和方位角随时间的变化，从表3.2可以看出：正午时间太阳高度角在一天中最大，安装在南半球地表的光伏组件，与6月相比，其12月以较大的仰角接受直接辐射，因此，发电单元也将在12月获得更高的辐射。在进行独立发电系统设计时，要考虑不同月份光伏组件接受的总辐射量。