背景反射率對(duì)采用不同支架安裝方式的雙面單晶硅光伏組件發(fā)電量的影響

馬慶虎，李曉峰，白衛(wèi)剛，張 勃，王 珣，李 憲

(國(guó)家電投集團(tuán)青海光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，西寧 810000)

0 引言

隨著世界能源緊缺問題日益嚴(yán)重，太陽(yáng)能等可再生能源的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅猛，其中光伏發(fā)電的發(fā)展較為迅速。但光伏發(fā)電系統(tǒng)在大規(guī)模應(yīng)用的同時(shí)，還普遍存在太陽(yáng)光吸收效率低、光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)效率偏低的情況，造成了太陽(yáng)能資源及光伏發(fā)電設(shè)備的浪費(fèi)。為有效解決此類問題，需要從光伏發(fā)電系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和研究，在應(yīng)用新產(chǎn)品、新設(shè)備的同時(shí)，也要考慮不同設(shè)備間的匹配性，從而提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的利用率[1]。

目前，較常見的光伏組件的類型有常規(guī)多晶硅光伏組件、常規(guī)單晶硅光伏組件、多晶黑硅光伏組件、單面PERC單晶硅光伏組件、雙面PERC單晶硅光伏組件、n型單晶硅光伏組件等。當(dāng)前大規(guī)模應(yīng)用的、性價(jià)比較高的單晶硅光伏組件是72片單面單晶硅光伏組件(下文簡(jiǎn)稱“單面光伏組件”)和72片雙面單晶硅光伏組件(下文簡(jiǎn)稱“雙面光伏組件”)，功率約在385～445 W。與傳統(tǒng)的單面光伏組件只能利用正面入射的太陽(yáng)光不同，雙面光伏組件的背面也具備光電轉(zhuǎn)換的能力，在2種組件正面額定裝機(jī)容量相同的條件下，采用雙面光伏組件可以增加發(fā)電量。由于不同地表的背景反射率不同，雙面光伏組件背面的發(fā)電量增益也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化。因此，本文通過PVsyst軟件對(duì)不同背景反射率情況下，采用不同支架安裝方式時(shí)雙面光伏組件背面年發(fā)電量增益的情況進(jìn)行了模擬分析，以期為光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和實(shí)施提供指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)背景

利用PVsyst軟件進(jìn)行模擬分析時(shí)，以青海省某光伏電站的地理位置為例，該地區(qū)的太陽(yáng)能輻射資料為：年水平總輻射量為1880.1 kWh/m2，年散射總輻射量為532.4 kWh/m2。

本模擬研究了在不同背景反射率情況下，分別采用平單軸跟蹤支架和固定支架時(shí)，雙面光伏組件背面年發(fā)電量的增益情況。實(shí)驗(yàn)均以單面光伏組件方陣作為基準(zhǔn)對(duì)比組，雙面光伏組件方陣與單面光伏組件方陣的容量均為1.238 MWp，均采用峰值功率為445 Wp的光伏組件，組件電壓等級(jí)均為1500 V，方陣均采用5臺(tái)255 kW的組串式逆變器。

2 采用平單軸跟蹤支架時(shí)，在不同背景反射率情況下雙面光伏組件背面年發(fā)電量的增益

本實(shí)驗(yàn)的單面光伏組件和雙面光伏組件的安裝方式均采用平單軸跟蹤支架，東西向2套相鄰跟蹤支架主軸之間的間距為4.4 m。

假定其他邊界條件一致的情況下，分別設(shè)定背景反射率為0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，通過PVsyst軟件模擬可以得到采用平單軸跟蹤支架時(shí)，相較于單面光伏組件，雙面光伏組件背面的年發(fā)電量增益情況，如表1所示。

通過表1可以看出，都采用平單軸跟蹤支架時(shí)，相較于單面光伏組件，在不同背景反射率情況下，雙面光伏組件背面的年發(fā)電量增益不同；且隨著背景反射率的增加，雙面光伏組件背面的年發(fā)電量增益也在相應(yīng)增加；當(dāng)背景反射率在0%～40%范圍內(nèi)變化時(shí)，雙面光伏組件背面的年發(fā)電量增益為0.56%～6.98%。

表1 采用平單軸跟蹤支架時(shí)，相較于單面光伏組件在不同背景反射率的情況下雙面光伏組件背面的年發(fā)電量增益Table 1 Annual power generation gain on back of bifacial PV modules compared with single side PV modules under different background reflectivity with flat single-axis tracking support

3 采用固定支架時(shí)，在不同背景反射率情況下雙面光伏組件背面年發(fā)電量的增益

本實(shí)驗(yàn)的單面光伏組件和雙面光伏組件的安裝方式均采用固定支架，前排固定支架上組件前沿到相鄰后排固定支架上組件前沿的間距為9.4 m。

假定其他邊界條件一致的情況下，分別設(shè)定背景反射率為0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，通過PVsyst軟件模擬可以得到采用固定支架時(shí)，相較于單面光伏組件，雙面光伏組件背面的年發(fā)電量增益情況，具體如表2所示。

通過表2可以看出，都采用固定支架時(shí)，與單面光伏組件相比，在不同背景反射率情況下，雙面光伏組件背面的年發(fā)電量增益不同；且隨著背景反射率的增加，雙面光伏組件背面的年發(fā)電量增益也在相應(yīng)增加；當(dāng)背景反射率在0%～40%的范圍內(nèi)變化時(shí)，雙面光伏組件背面的年發(fā)電量增益為0.69%～7.96%。

表2 采用固定支架時(shí),相較于單面光伏組件在不同背景反射率情況下雙面光伏組件背面的年發(fā)電量增益Table 2 Annual power generation gain on back of bifacial PV modules compared with single side PV modules under different background reflectivity with fixed support

4 結(jié)論

本文利用PVsyst軟件模擬了采用平單軸跟蹤支架和固定支架2種支架安裝方式時(shí)，相較于單面光伏組件，在不同背景反射率情況下的雙面光伏組件背面年發(fā)電量的增益情況，結(jié)果表明：無論采用何種支架安裝方式，雙面光伏組件的背面年發(fā)電量均有所增益；且背景反射率不同，雙面光伏組件的背面年發(fā)電量增益也不同；隨著背景反射率的增加，雙面光伏組件的背面年發(fā)電量增益也相應(yīng)增加。當(dāng)背景反射率在0%～40%的范圍內(nèi)變化時(shí)，采用平單軸跟蹤支架的雙面光伏組件背面年發(fā)電量的增益為0.56%～6.98%，采用固定支架的雙面光伏組件背面年發(fā)電量的增益為0.69%～7.96%。

因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案比選時(shí)，若項(xiàng)目所在地的背景反射率較高，且支架安裝方式采用固定支架或平單軸跟蹤支架時(shí)，推薦采用雙面光伏組件。與采用單面光伏組件相比，在裝機(jī)容量相同的情況下，采用雙面光伏組件在僅增加少量投資的同時(shí)提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體發(fā)電量，有利于提升光伏發(fā)電系統(tǒng)的綜合利用率和經(jīng)濟(jì)性，從而降低系統(tǒng)的度電成本，提升總體收益率。此研究結(jié)果可用于指導(dǎo)日后光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和實(shí)施。