干貨 | 風電機組光影閃爍簡析

　　

　　概念

　　

　　在陽光入射方向下，風電機組不停旋轉的葉片可產生一種閃爍的光影。以風電機組所在位置為坐標中心，東西方向為軸，在北緯地區，由于太陽的走向為東~南~西，因此軸線北側的區域會受到風電機組的光影影響。通常風電機組的光影影響范圍取決于太陽高度角，太陽高度角越大，風機的影子越短，太陽高度角越小，風機的影子越長。

　　

　　光影影響時段、角度及距離的確定

　　

　　

　　我國各地區冬至日日出和日落時間不同，可依據日出和日落時間確定風機光影影響時段。但太陽高度角越小，太陽輻射強度就越小，風機光影影響越弱。對我國大部分地區而言，選取冬至日上午9時整至下午15時為風機光影影響時段較為合理。

　　

　　

　　光影影響角度可以理解為冬至日上午9時整太陽方位角和下午15時整太陽方位角的所夾角度。只要分別計算出9時整和15時整的太陽方位角便可求出光影影響的角度。

　　

　　太陽方位角即太陽所在的方位，指太陽光線在地平面上的投影與當地子午線的夾角，可近似地看作是豎立在地面上的直線在陽光下的陰影與正南方的夾角。太陽方位角A可用下式計算：

　　

式中：

　　

　　A，太陽方位角，-180°≤A≤180°或0°≤A≤360°

　　

　　h，太陽高度角；

　　

　　φ，觀測地緯度；

　　

　　δ，赤緯角；

　　

 

　　圖1:高度角和方位角；冬至、夏至日太陽方位角（北緯40°）

　　

　　太陽高度角的計算公式為：

　　

式中：

　　

　　h，太陽高度角，-90°≤h≤90°

　　

　　φ，觀測地緯度；

　　

　　δ，赤緯角；

　　

　　t，時角；

　　

　　赤緯角，又稱太陽赤緯，是地球赤道平面與太陽和地球中心的連線之間的夾角。赤緯角是由于地球繞太陽運行造成的現象，它隨時間而變，因為地軸方向不變，所以赤緯角隨地球在運行軌道上的不同點具有不同的數值。

　　

　　赤緯角以年為周期，在+23°26.5′與-23°26.5′的范圍內移動，成為季節的標志。每年12月21日或22日赤緯減至最小值-23°26.5′為冬至，此時陽光斜射北半球，晝短夜長而南半球則相反。因赤緯值日變化很小，一年內任何一天的赤緯角δ可用下式計算：

　　

式中：N為日數，自1月1日開始計算。

　　

　　時角：單位時間地球自轉的角度定義為時角t，規定正午時角為0°，上午時角為負值，下午時角為正值。地球自轉一周360°，對應的時間為24h，即每小時相應的時角為15°，每4min的時角為1°。可用下式計算：

　　

式中：n為時間(24時制)。

　　

　　影響距離

　　

　　光影影響距離是指風電機組可能對居民住宅產生光影污染的最大距離，其等同于計算風電機組的日影長度，可用下式計算：

　　

式中：

　　

　　L，風電機組影子長度；

　　

　　D，輪轂中心高度與葉輪半徑長度之和；

　　

　　h，太陽高度角；