馬 寧1, 相海濤, 宋 昊1, 趙 潔

(1. 國家太陽能光伏產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心, 無錫 214000； 2. 蘇州中來民生能源有限公司, 上海 201100)

常規(guī)的晶硅太陽能電池，只有正面接受光照產(chǎn)生光生電壓和電流[1-2]。而雙面發(fā)電太陽能電池則是硅片的正面和反面都可以接受光照并產(chǎn)生光生電壓和電流[3-4]。相對于單面受光發(fā)電的組件，雙面受光發(fā)電組件的發(fā)電量會有一定量的提升。由背面發(fā)電帶來的發(fā)電量提升的幅度，主要受外部因素地面反射輻照強度影響，且地面反射輻照強度是一個變量[5-6]。

雙面發(fā)電光伏(PV)組件由兩片玻璃和雙面發(fā)電太陽電池片組成復(fù)合層，電池片之間由導(dǎo)線串并聯(lián)匯集到引線端所形成的光伏電池組件中，組件結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 雙面發(fā)電光伏組件結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of bifacial PV module

筆者將雙面光伏組件安裝在不同材質(zhì)地面上，研究了雙面光伏組件在戶外環(huán)境下的發(fā)電性能，并與常規(guī)組件發(fā)電量增益進行對比。

1 測試內(nèi)容、技術(shù)方案及測試系統(tǒng)設(shè)置

1.1 測試研究項目

戶外實證測試在不同材質(zhì)地面(沙土面、水泥白漆面、碎石面)條件下雙面組件與常規(guī)組件發(fā)電量增益對比。

1.2 測試技術(shù)方案

(1) 1個支架安裝同型8塊組件串聯(lián)組成獨立的組串，共4個方陣，每個雙面組件方陣對應(yīng)一種類型地面材質(zhì)，材質(zhì)面積不小于組串方陣在水平面內(nèi)的垂直投影面積且向四周外延1 m。

(2) 每2個組串接入1臺8 kW雙路獨立最大功率點跟蹤(MPPT)組串逆變器，使組串工作在并網(wǎng)狀態(tài)下，發(fā)出的電能送入電網(wǎng)。同時在線測量各組串直流電壓、電流、功率，數(shù)據(jù)采集間隔不大于1 min。

(3) 測試時間不低于1個自然年(涵蓋4個季節(jié))。

(4) 在每個安裝雙面組件支架的背面同一高度處各安裝一個輻照度計，共3個，監(jiān)測3個不同材質(zhì)地面的反射輻照度。

(5) 固定支架角度38°，方向正南。測試系統(tǒng)原理如圖2所示。

1.3 測試試樣信息

測試試樣信息見表1，雙面組件使用的是中來公司的JW-DN60N系列N型單晶高效雙面雙玻組件，組件采用超白鋼化單絨面鍍膜光伏玻璃，電池片使用N型鈍化發(fā)射極背表面全擴散電池(N-PERT)技術(shù)工藝，N-PERT雙面光伏電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖2 測試系統(tǒng)原理圖Fig.2 Diagram of test system

表1 測試試樣信息Tab.1 Test sample data

圖3 N-PERT雙面光伏電池結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure diagram of N-PERT bifacial PV cell

1.4 測試平臺設(shè)置

測試平臺信息見表2，其中A89～A92是試樣安裝支架在戶外測試場內(nèi)的固定唯一編號，用于標(biāo)記位置信息。

表2 測試平臺信息Tab.2 Test platform data

1.5 測試設(shè)備

測試設(shè)備信息見表3。

1.6 測試系統(tǒng)安裝

測試系統(tǒng)安裝如圖4所示，可見測試用雙面光伏組件的背面無檁條遮擋，組件左右間隙大，透光率好，支架離地間隙大，是較為理想的安裝方式，而在實際應(yīng)用中多數(shù)情況達不到這種安裝條件。

采用8塊組件組成的組串，與光伏電站應(yīng)用中18～20塊的組串相比，組件一致性匹配損失略小，相對測得的發(fā)電量增益會略高。

在實際應(yīng)用中沙土或碎石地面往往會受植被的影響產(chǎn)生季節(jié)性變化，植被的反射率是低于沙土或碎石面的，會削弱發(fā)電量增益。

1.7 測試地點

測試地點在國家光伏質(zhì)檢中心戶外實證基地(銀川)進行，基地位于寧夏銀川市,東經(jīng)106°0′52.27″，北緯38°36′56.77″，海拔1 180 m。

表3 測試設(shè)備信息Tab.3 Testequipment data

圖4 測試系統(tǒng)安裝圖Fig.4 Installation diagram of test system: a) back without purlin shielding; b) three different materials ground; c) reflective irradiance test; d) interface of monitoring system

1.8 測試時間

測試時間為 2017年9月到2019年5月，持續(xù)17個月，有效數(shù)據(jù)天數(shù)426 d(天)。

1.9 測試流程

測試流程如圖5所示。

圖5 測試流程示意圖Fig.5 Diagram of test process

2 實證測試結(jié)果及分析

發(fā)電量增益計算式為

(1)

式中:Gcg為發(fā)電量增益;MBPV為雙面組件的月度發(fā)電量;MNPV為常規(guī)組體的月度發(fā)電量。

實證測試結(jié)果見表4和圖6，由圖6可知，3種材質(zhì)地面上的雙面組件月均發(fā)電量增益隨季節(jié)有明顯的波動，夏秋季節(jié)高，冬春季節(jié)低。原因主要是夏秋季節(jié)太陽高度角大且輻照強度高，地面反射輻照度大于冬春季節(jié)，因而發(fā)電量增益較大。

表4 實證測試結(jié)果Tab.4 Empirical test results

圖6 不同材質(zhì)地面上雙面光伏組件月均發(fā)電量增益Fig.6 Monthly average power generation gain of bifacial PV module on different materials ground

水泥白漆面的反射系數(shù)(經(jīng)驗值為0.6～0.75)遠大于沙土和碎石的(經(jīng)驗值為0.18～0.23)，所以水泥白漆面的雙面光伏組件發(fā)電量增益明顯大于沙土和碎石地面上的。但由于反射率受陽光入射角影響很大，且主要的反射面始終處于組串陣列的陰影區(qū)域內(nèi)，故白漆面的實際效果是遠低于理論反射率下的；另一方面，組件背面接收的反射光來自于地面，距離組件地面投影區(qū)域越近反射強度越大，能反射的面積遠大于測試設(shè)置的材質(zhì)面積，但周邊場地是圓礫土地面，實際上是稀釋了測試設(shè)置的材質(zhì)的理論反射效果，所以導(dǎo)致白漆面的反射效果大打折扣。

3 結(jié)論

在當(dāng)前組件安裝方式下，沙土地面上相同標(biāo)稱功率的雙面光伏組件的年平均發(fā)電量比常規(guī)單面光伏組件的增益18.21%；水泥白漆地面上相同標(biāo)稱功率的雙面光伏組件的年平均發(fā)電量比常規(guī)單面光伏組件的增益24.33%；碎石地面上相同標(biāo)稱功率的雙面光伏組件的年平均發(fā)電量比常規(guī)單面光伏組件的增益18.72%。