双面组件的发电量计算方法.docx
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双面组件的发电量计算方法
双面组件的发电量计算方法
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双面组件的发电量计算方法
一、前言
普通光伏组件的发电量计算,一般采用以下公式。
今年以来,双面组件开始较大规模的应用。
这就给光伏电站的设计人员提出了新问题:
双面组件反面的发电量如何计算。
实验证明,与普通组件一样,双面组件的发电量也受地表反射率的影响。
除此之外,组件安装高度也对双面组件的发电量有较大影响。
本文阐述了双面组件发电量的计算方法。
本文是由Kin翻译自德国solarworld的文章,原文题目为“Calculatingtheadditionalenergyyieldofbifacialsolarmodules〞〔翻译时有节选〕
二、双面电池技术
双面组件顾名思义就是正、反面都能发电的组件。
当太阳光照到双面组件的时候,会有局部光线被周围的环境反射到双面组件的反面,这局部光可以被电池吸收,从而对电池的光电流和效率产生一定的奉献。
图:
普通电池片〔左〕与双面电池片〔右〕正反面的比照
同常规单晶电池相比,双面光伏组件在正面直接照射的太阳光和反面接收的太阳反射光下,都能进行发电。
早在上世纪80年代,Cuevas等人报道了双面组件使用特殊的聚光系统后,其发电增益可到达50%。
在2021年,SolarWorld联合ISFH推出了名为“PERC+〞的双面PERC太阳能电池,该太阳能电池在电池反面采用丝网印刷Al子栅电极,代替传统全尺寸Al背电极,Al浆消耗量大幅减少,前外表效率和反面效率分别到达21.5%和16.7%。
图:
PERC双面电池截面结构
三、双面组件
根据双面电池的封装技术可分为
双面双玻组件:
采用双层玻璃+无边框结构,
双面〔带边框〕组件:
采用透明背板+边框形式。
主流结构的双玻双面组件,具有生命周期较长、低衰减率、耐候性、防火等级高、散热性好、绝缘好、易清洗、更高的发电效率等优势。
双面组件的重要表征参数为双面发电系数BF,在STC条件下,反映了反面最大功率和正面最大功率的比值。
四、发电增益的影响因素
双面组件发电增益主要取决于两点:
地表反射率和组件的安装高度。
太阳直接辐射和散射光到达地面后会被反射,有一局部将被反射到组件的反面。
当组件最低点离地高度为0.5米时,使用TPO高反射率材料,双面发电的增益可到达25%。
图:
组件反面接收辐射来源
4.1地表反射率
地表反射率:
是指地面反射辐射量与入射辐射量之比,表征地面对太阳辐射的吸收和反射能力。
反射率越大,地面吸收太阳辐射越少;反射率越小,地面吸收太阳辐射越多。
如混凝土,为16%。
灰色防水材料可到达62%,白色防水材料〔厚度和类型〕可能会在80%以上。
表:
不同材质的地表反射率
地表反射率的大小取决于材料的颜色、厚度和外表的平整度,随着时间的推移,如材料老化、外表脏污都会影响反射率。
如TPO屋顶材料最初可到达88%的反射率,但是过几年以后,可能会下降至75%。
因此安装环境对材料反射率的影响较大,对于污染积灰严重而雨水较少的区域,为了保证反射率不受到影响,需要经常进行清洗。
图:
左〕白漆屋面右〕白砂砾
4.2反射率的测试方法
反射率的测试可以使用反射计,也可以使用光伏组件和万用表进行测试,测试时尽量选择在晴天无云中午时段,反射率和太阳入射角、组件安装倾角均无关,因此可通过测试组件的短路电流进行计算。
测试时组件的高度应足够,保证边框、组件或者人对反面没有直接的影子;同时,测试时,应选择至少三个随机的有代表性的位置进行测试。
首先将组件的安装倾角调整为水平,组件的反面朝向天空,测试组件的ISCsky,其次,将组件的安装倾角调整为0度,组件的反面朝向地面,测试组件的ISCground,那么测试点的反射率为:
ISCsky/ISCground。
图:
反射率测量方法示意
4.3组件安装高度的影响
组件离地高度是反面增益的第2个影响因素,如以下图所示,其中组件为单排横向安装,组件前后间距为2.5米,地面的反射率80%。
当离地高度为0.2米,反面的发电增益为15%,当离地高度为1米时,反面的发电增益接近20%。
图:
离地高度对于发电量增益的影响
从曲线上的数据可知,当离地高度在0.5米以下,发电增益随组件离地高度的变化较为明显,而高度在0.5米以上时,发电增益随高度的增加那么较为缓慢,而1米左右根本上是一个饱和点。
因此,设计时需要根据发电量、当地的风载荷、安装场地的面积、安装的土地平整度等选择最正确的安装高度。
五、发电增益的计算公式
公式适用范围:
组件倾角10°至30°,组件朝向正南,组件安装方式为横向或纵向。
上述公式中:
a=1.037
A=组件前后间距
E=2.718
B=8.691
H=组件最低点和地面之间的距离
c=0.125
下表为使用上述公式得到的在不同的安装高度、不同的反射率下的发电增益,其中组件安装方式为横向安装,双面因子65%,组件正向朝南,倾角30度,间距2.5米。
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