印度西北部Bharatpur地区太阳能平板集热器(SFPC)最佳倾角优化与太阳辐照度估算研究

本研究针对太阳能平板集热器(SFPC)在印度Bharatpur地区的应用，通过MATLAB?编程建立数学模型，计算了月际、季节性和年度最佳倾角（冬季470、夏季120、年250），发现6月和12月分别获得最大/最小太阳辐照度，为当地太阳能装置优化提供理论依据。

　　

在能源转型的全球背景下，太阳能作为最丰富的可再生能源之一，其收集效率始终是科研焦点。位于印度西北部的Bharatpur地区虽拥有6.0-7.0 kWh/m²的丰富太阳辐照资源，但如何通过太阳能平板集热器(Solar Flat-Plate Collectors, SFPC)最大化捕获能量，仍受制于地理参数与装置倾角的复杂影响。传统方法将SFPC倾角固定为当地纬度虽简便，却忽略了地球公转导致的太阳高度角动态变化，造成能量捕获效率的显著损失。

针对这一挑战，研究人员开展了一项创新性研究，通过建立数学模型结合MATLAB?编程，系统分析了Bharatpur地区（北纬27.2152⁰）SFPC的月际、季节及年度最佳倾角。研究首次揭示该地区冬季需47⁰高倾角以捕捉低角度阳光，而夏季12⁰的平置设计更利于接收直射辐射，年度综合最优解25⁰则与当地纬度高度吻合。通过计算太阳几何参数（包括天顶角、方位角、赤纬角等），团队发现6月19日因最长日照时间（13.72小时）获得峰值辐照度，而12月19日最短日照（10.28小时）对应年度最低值，9月17-20日则出现昼夜平分现象。

关键技术方面，研究采用：1）基于天文方程的太阳位置算法；2）水平面与倾斜面辐照度转换模型；3）以最小日际辐照波动为判据的倾角优化程序。这些方法避免了复杂大气修正，直接关联地理参数与能量捕获效率。

主要结果包括：

1. 日长与昼夜平衡：通过LoD（Length of Day）公式验证Bharatpur的日照时间呈钟形分布，为倾角调整提供时间节点依据。
2. 季节最优解差异：冬季高倾角（47⁰）比夏季（12⁰）高291%，反映太阳高度角的极端季节性变化。
3. 月度辐照特征：6月与12月分别对应辐照极值，证实北半球夏至/冬至对能量收集的支配作用。

这项发表于《Next Research》的研究，其重要意义在于：首次为印度西北干旱地区建立SFPC倾角调整规范，证实年度固定倾角（25⁰）虽简化安装，但季节调整可提升约8%能量捕获。研究提出的无大气修正模型，为缺乏辐照监测设备的地区提供可靠设计工具，同时揭示9月昼夜平分时段可作为年度维护窗口期。未来工作可结合卫星数据与地形遮蔽效应（如viewshed概念），进一步优化高精度区域化方案。