双面光伏组件的发电特性探讨

双面光伏组件的发电特性探讨

寇乐

大唐乌昌新能源公司 新疆 乌鲁木齐 830001

摘要：随着人们的生活水平越来越高，电力需求量也越来越大。双面光伏组件一直是光伏行业研究的热点。相关研究结果表明：采用平单轴跟踪支架的双面光伏组件仿真值与实测值基本吻合；彩钢瓦屋面电站的仿真结果与真实值的变化趋势基本吻合，但实际值小于仿真值，模拟结果与真实数值在夏季基本一致，但在冬季差异很大；由于地表植被的存在，农光互补光伏发电系统的仿真结果与实测数据存在很大差异。因此需要针对双面光伏组件的发电特性进行深入探讨，明确具体应用措施。

关键词：双面光伏组件；发电特性；电池

引言

双面光伏组件是一种能提升光伏发电系统发电效率的高效光伏产品，因此越来越广泛地应用于全球大型光伏发电项目中。根据国际上多个研究机构对双面光伏组件的市场分析和预测，预计2025年晶体硅光伏组件市场中，双面光伏组件的占比有望达到50%。相较于单面光伏组件只能正面发电，双面光伏组件的背面还能接收地面反射光、天空散射光，并可将其转换为电能，产生背面的发电量增益。光伏跟踪器也是一种能大幅提升光伏发电系统发电效率的光伏产品，其基于智能控制与机械传动技术，通过驱动光伏组件使其始终处于太阳直射光线入射角度为最佳角度的位置，以提高光伏组件的光电转换效率，从而提升光伏发电系统的发电能力。

1双面光伏组件概述

单面光伏组件的结构较简单，只能使用单一面域的正面光源，并将其转化成电能。采用双面光伏组件能够吸收下垫面内反射的光能，可以提升系统效率。双面光伏组件的辐射收益不仅与光电转换效率、功率等核心参数有关，还与双面光伏组件的背面峰值功率与正面峰值功率的比例有关，这是综合衡量双面光伏组件性能的关键指标。目前，双面光伏组件的结构主要有P型结构和N型结构两种，根据使用条件和使用环境的不同，可以将双面光伏组件分为HIT双面光伏组件、PERC双面光伏组件和PERT双面光伏组件。（1）HIT双面光伏组件。HIT双面光伏组件使用对称式的硬件结构，在光伏状态下具有良好的开路电压和电力性能，在实际测试环境中表现出良好的温度特性和光照稳定性。（2）PERC双面光伏组件。PERC双面光伏组件能够实现极高效率的量产，实现已有设备的升级和改造，在同等技术水平下，其费用较低，整体性价比较高。但是，这类双面光伏组件存在一定的劣势，即其背面的整体光电转化效率不高，仅为10%～15%。（3）PERT双面光伏组件。PERT双面光伏组件由于其独特的设计和加工工艺能够显著降低衰减效应，其整体的温度系数较低，输出功率不会轻易受到温度的影响，具有良好的环境适应性。与PERC双面光伏组件相比，其背面的发电量处于更加优质的水平。

2双面光伏组件的发电特性探讨

2.1系统设计及安装

为进行双面光伏组件发电特性分析，需开展系统设计，针对不同环境下的发电情况进行探究。不同地面反射率差异较大，因此需在其他条件相同的情况下，设置不同反射面进行试验，得出不同反射面的发电情况，为反射面的选择提供依据。本文实证分析采用尺寸相同、功率为285W的N型双面光伏组件，根据安装地点的海拔高度、太阳辐照度及周围遮挡情况，设置合理的安装倾角，且保证各组件倾角一致。设置组件离地高度为0.5m，便于对组件进行维护与观察，使试验过程能够顺利开展。按照上述条件对双面光伏组件进行安装，反射面分别选用白漆、铝箔、人造草地、白水泥、白石子进行试验，确定不同地面对发电量的影响。各种地面的具体设计如下：（1）白漆地面。采用白色地坪漆对地面进行均匀涂抹，将其作为反射面，探究白漆材料对发电效果的影响。（2）铝箔地面，采用铝箔材料对地面进行铺设。（3）人造草地地面。采用绿色人造草坪作为反射面，对反射效果进行分析。通常情况下，草坪的反射效果要差一些，可作为反面对比组。（4）白水泥地面。采用白色水泥对地面进行涂抹，形成2cm厚的反射面进行试验。（5）白石子地面。采用白色小颗粒石子对地面进行铺装，形成均匀的反射面，对双面光伏组件进行发电量试验。

2.2模拟发电量与实际发电量对比

在了解了光伏发电系统的发电量模型并获得了具体的双面光伏组件实证数据后，将实证数据与模拟数据进行对比，通过实证数据校正模拟参数的设定，使模拟数据可以更接近双面光伏组件的实际发电情况，由此可为未来采用双面光伏组件的电站设计和投资提供可靠的参考。

2.3提高双面光伏组件发电效率的方法

以上列出的都是对发电能力有一定影响的因素，不同的双面光伏组件对安装方向的需求不同。N型组件在垂直安装时最好是东西方向，经仿真背面增益效应会更加显著；机组的倾斜角度和高度对发电功率有很大的影响，建议视实际情况将机组的离地高度定为0.3～1.0m，低纬度地区安装角度应适当增大5°～10°，高纬度地区安装角度增大15°～20°最佳。不同的场景会造成不同的反射率，影响到双面光伏组件的发电能力。追踪对比白漆、水泥、黄沙、铝箔、草地5种场景下的双面光伏组件，通过分析全年的发电量数据，发现与传统组件相比，双面光伏组件结合白漆场景的发电量增益最大，其次是铝箔、水泥、黄沙和草地。双面光伏组件的发电量增益与实际使用情况有很大关系，反射率越高，发电量增益越大，反光膜的效果就会更好。安装双面光伏组件时，檀条必须设置在组件的边缘位置，这样可以防止檀条遮挡组件背面，同时要减少其他部件（例如倒相器）对组件背面的遮挡。背面及周围的环境对发电量增益有很大的影响，在方阵的早期设计中应充分考虑其反射率。双面光电系统具有双面发电的特点，它的正面可以吸收太阳直射光，背面可以吸收地表和空中的反射光，而且它的正面、背面两部分都能产生电能，因此，它的安装方向可以是任何方向，也可以倾斜安装。该光伏系统适用于多种场合，例如：农光互补电站、地面电站、水面电站、阳光房、光伏大棚、公路隔音墙、幕墙、车棚、光伏建筑一体化（BuildingIntegratedPhotovoltaic，BIPV）等。

结语

总体而言，在其他参数保持不变的情况下，增加地面反射率或减小GCR值(即增加光伏阵列间距)，均能有效增加光伏双面跟踪发电系统的发电量增益比例；同时，在其他参数保持不变的情况下，既增加地面反射率又减小GCR值，能大幅增加光伏双面跟踪发电系统的发电量增益比例；在其他参数保持不变的情况下，增加光伏组件安装高度仅能小幅提升光伏双面跟踪发电系统的发电量增益比例。针对实际的光伏发电项目而言，当其地表类型的地面反射率较高时，为有效提升光伏双面跟踪发电系统的发电量增益比例，建议减小GCR值(即增加光伏阵列间距)；而当其地表类型属于地面反射率高、GCR值较小(即光伏阵列间距偏大)时，建议适当增加双面光伏组件的安装高度，这样可在一定程度上增加光伏双面跟踪发电系统的发电量增益比例。期望本文的研究成果可为该类光伏发电项目的实际应用提供参考。

参考文献

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