晶硅双【shuāng】面发电是【shì】目前高效【xiào】电池研究的重要方向之一【yī】，双面【miàn】电【diàn】池组件它具有光致衰减小、弱光响应好、温【wēn】度系数低【dī】等优势【shì】，正面和反面均具有把光【guāng】能转换成电能的能【néng】力【lì】，与传【chuán】统【tǒng】的单面发电光伏组件相比，双面【miàn】发电的【de】组件输出功【gōng】率更大，从而可降【jiàng】低其在【zài】光伏系统【tǒng】应用中的度电成本。

文中基于PVsyst光【guāng】伏设【shè】计软件，以杭【háng】州为【wéi】模拟地点，并在三【sān】种不同的地面【miàn】反射率环境下对双面发电光伏组件进行发电量模【mó】拟仿真并获得相【xiàng】关数据【jù】进行分析，组件【jiàn】的离【lí】地高【gāo】度为0.5米，组件安装倾角为【wéi】25度，朝向正南。结果表明，当在地面【miàn】反射率【lǜ】为90%的环境下，双面发电光【guāng】伏组件较【jiào】单面组件【jiàn】的发【fā】电【diàn】量增加23.7%左右，发电量增量【liàng】最高，其次是【shì】地面反射率70%，发电【diàn】量增量为16%;地面【miàn】反射率【lǜ】为50%时，发电【diàn】量增量为【wéi】12%;地面反射率为30%时，发电量增量仅【jǐn】为7%。通过PVsyst软【ruǎn】件模拟【nǐ】应用研【yán】究得【dé】出不【bú】同反射环境下的发电【diàn】量【liàng】数据，可为【wéi】后【hòu】续双面发电PV组件【jiàn】电站【zhàn】系统设计提供理论【lùn】数据支持【chí】。

双面电池组件介绍

近【jìn】年【nián】来光【guāng】伏行业内不断涌现了新的技术和产品，其中【zhōng】最受瞩【zhǔ】目的应当是双面电池组件【jiàn】，双面电池【chí】根【gēn】据基底的【de】不同，可以分为P型双面【miàn】和N型双面，其【qí】中N型电池由于硅片【piàn】少子【zǐ】寿命【mìng】比【bǐ】较长、没有硼氧对引起的光【guāng】致衰减，因此要优于【yú】P型电池。

目前【qián】最高效的晶硅太【tài】阳电池也都是采用【yòng】了【le】N型硅片，比如IBC，HIT，N型双面【miàn】电池等。 图1列举了两种结构的电池，如代【dài】表性厂商、电池【chí】正面效率、电池背面效【xiào】率、技术升级难【nán】度、单位价【jià】格和【hé】产品【pǐn】优势。从表可知，N型双面背面的转换【huàn】效【xiào】率已经达到了正【zhèng】面效率的90%。对于【yú】双【shuāng】面电池的封装【zhuāng】技术【shù】可以采用双【shuāng】层玻璃+无【wú】边框【kuàng】结构，也可以采用透明背【bèi】板+边【biān】框【kuàng】形【xíng】式，但主流的结构还是双玻双面电池组件为主【zhǔ】。

图1 双面发电产品

北半球【qiú】的常规组件都是朝【cháo】南以一定的【de】角【jiǎo】度安【ān】装，当组【zǔ】件【jiàn】处于最【zuì】佳【jiā】安装【zhuāng】角度时，年平均接收的太阳【yáng】光辐射量最【zuì】大，常规【guī】组件系统发电量【liàng】最大【dà】。而双玻双面发电组件【jiàn】的正、背面【miàn】发电特【tè】性，可以适用在【zài】地面及周边建筑反射光及散射光【guāng】较【jiào】强的地区，如高纬【wěi】度地区和【hé】多雪地区，使【shǐ】组件的正【zhèng】反两面的发电量达【dá】到最大化【huà】，同时也适【shì】用于【yú】光伏建筑一体化【huà】等特殊应用。另外【wài】安装方式上，不仅可以以传统的【de】小于【yú】90度倾角安装，还可以东西【xī】向垂直安装，即一面朝东，另一面朝西，这样不【bú】论【lùn】是上午还是下午都可以最大限度的接【jiē】收太阳光。

双面【miàn】发电组件安装【zhuāng】位置的【de】背景反射【shè】率【lǜ】决定了背面发【fā】电量的【de】多少【shǎo】，只有【yǒu】背面尽量多【duō】的接收反射和散射光【guāng】，背面增效才会增【zēng】加。由于不【bú】同地区冬季降【jiàng】雪量【liàng】不同【tóng】，通【tōng】常设计【jì】的系统最低点离地高度也不【bú】同，随着最低点离地【dì】高度的变化，组件背面【miàn】接收的辐照度也随之【zhī】变化，系统最低点离地【dì】越高，组件与【yǔ】地面【miàn】之【zhī】间的空间【jiān】越大，组件背面可【kě】接收的周围反【fǎn】射面越【yuè】大，背面的发【fā】电量也越多。因【yīn】此【cǐ】组件背【bèi】面的发电量【liàng】主要是安装朝【cháo】向、安装角度、地【dì】面反射【shè】率和离地高度共同作用的结果，需要我们根【gēn】据发电量的提升情【qíng】况来确定合适【shì】的安装方式【shì】。

目前【qián】国内外相【xiàng】关研究机【jī】构都对双面【miàn】电池的发电性【xìng】能进行了研究，根据国内华东【dōng】理【lǐ】工大学【xué】袁晓博士的实【shí】验数据，双玻组件在实际运行中，与【yǔ】水【shuǐ】泥地面安装的多晶组件相【xiàng】比，对【duì】不同地面的效率【lǜ】增益，双玻组件在刷涂白漆地面【miàn】(反射率较高)发电量增益最大【dà】，铝【lǚ】箔次之【zhī】，草坪(反射率较低【dī】)最【zuì】低，而且都高【gāo】于单面的常规单多晶组件，参考表【biǎo】1不同材质或环境的【de】反【fǎn】射率【lǜ】系数。

表1 不同材质或类型的反射率系数

图2为来自不同地【dì】面反射物的光【guāng】谱【pǔ】曲线，从图可知，雪地(Snow)、白色的沙地(White sand)、干【gàn】草地(Dry grass)的地【dì】面【miàn】反射光谱较好，混凝土【tǔ】(concrete)次之，沥青(asphalt)较差【chà】。

图2 太阳辐射光谱和来自不同地面反射物的光谱曲线

双面电池组件的发电量模拟

通【tōng】过PVsyst软件可以对固定倾角安装方【fāng】式的【de】双面发电系统进行模拟，假设模【mó】拟的地【dì】点位于杭州，气象数据【jù】采【cǎi】用Meteonorm7.1数据。光【guāng】伏阵【zhèn】列采用250W组件，背面的STC转换效【xiào】率和正面的STC转换效【xiào】率之比值在0.9-21.9之间可调，便于我【wǒ】们在模拟中【zhōng】进【jìn】行【háng】对比【bǐ】。阵列安装倾角为25度，正【zhèng】南【nán】朝向，组件的最下【xià】沿离地的高度为0.5米【mǐ】，阵列【liè】间距采用冬至日上午9时和下午15时【shí】之间前后【hòu】无阴影遮挡为【wéi】最小间距。组件10片【piàn】一串，共【gòng】6串，接入至组【zǔ】串逆变器。

表1 33kW光伏系统设置参数

在系统模拟【nǐ】时【shí】，我们输入不同的地面反射率，如30%、50%、70%和90%，从图2可【kě】知，当地面反射率不断增【zēng】加时，入射到【dào】地面的反射损失(即到【dào】达地面却未被【bèi】反射的部分【fèn】)不断增加，当【dāng】反射率【lǜ】为30%，该值为348.29kWh/m^2，当【dāng】地面反【fǎn】射率为90%时，该值为【wéi】49.7 kWh/m^2。同时，从地面反射【shè】回大气的辐【fú】射损【sǔn】失逐【zhú】渐下降【jiàng】，组件背面实【shí】际接收的辐射【shè】量【liàng】逐渐增加【jiā】。

图2 不同地面反射率【lǜ】的太【tài】阳辐射损失比较【jiào】(单位:kWh/m^2)

图【tú】3为组件背面实际接收到【dào】的辐射量【liàng】，从【cóng】图可知，冬季12月、1月和2月份，当地面反射率增加时，组件背面实际接收的【de】辐射量【liàng】较小，这是由于冬【dōng】季的【de】地【dì】面的水平【píng】面总辐【fú】射量、散射辐射【shè】量在【zài】全【quán】年【nián】来说都【dōu】是比【bǐ】较小的，因此被地【dì】面反射【shè】后到达组件背面的有效辐射也就【jiù】较低【dī】。参考图【tú】4各个月份的【de】水平面总辐射量和散射辐射【shè】量对比。

图3 组件背面实际所接收的辐射量(单位:kWh/m^2)

图4 该项目地的月度水平面总辐射量和散射直射分量对比

表2为取【qǔ】不同【tóng】反射【shè】率和BF(Bificial Factory)时【shí】的系统【tǒng】发电量和【hé】首年系统【tǒng】PR对比，一般在理想情况下【xià】，地面反射【shè】率达到0.9时(如雪地)，系统发【fā】电小时数【shù】可增加至1204h，系统PR可【kě】达到96%。图5为【wéi】不同地面【miàn】反射【shè】率时的月度【dù】发电量对比。

表2 不同反射率和BF时的发电量及系统PR

图5 不同地面反射率的月度发电量对比(单位：度)

与此同【tóng】时，双面组件的发【fā】电量和其安装倾角【jiǎo】有一定关系，因【yīn】此对【duì】25度、30度和40度倾【qīng】角进行对比，当安装【zhuāng】倾角较大时，背面实际接【jiē】收的【de】辐射量是增加【jiā】的，但是正面的辐射量并非最大，反而比25度倾角时有【yǒu】所降【jiàng】低【dī】，所以得到的发电量是降低的，最优的倾【qīng】角【jiǎo】、离地高【gāo】度【dù】和阵列间距需要【yào】我们不断的调整和对比【bǐ】进【jìn】行【háng】综【zōng】合【hé】判断。

表3 不【bú】同安装倾角时的【de】系统【tǒng】输【shū】出结【jié】果对比 (单位：kWh/m^2)

文【wén】献[7]对双面电池的【de】研究【jiū】进行了【le】综【zōng】述【shù】，文中对双面组【zǔ】件的【de】离地高度和最佳倾角的关系进行了说明。如【rú】图6所示【shì】，当【dāng】组件的倾角较低时，组【zǔ】件离地的高度应该增加可【kě】得到最佳的发【fā】电性能。当组件【jiàn】的倾角较大时，组件离【lí】地的高度应该减少，可获【huò】得【dé】较大的【de】地面反射光【guāng】和【hé】散射光，这样才可【kě】使得双面组件的整【zhěng】体出力达到最【zuì】佳。

图6 组件离地高度和最佳倾角的关系

图【tú】7为组件离地高度对系【xì】统【tǒng】增益【yì】的影响，从图可知【zhī】，当组件的离地高度从0.5m增加到1m时，系【xì】统【tǒng】的发电增益【yì】大【dà】概在5%左【zuǒ】右，当然具体的项目需要根据【jù】实际去【qù】设计模拟。

图7 30度安装倾角，地面反射率50%，BF=71%

小结

文【wén】中简【jiǎn】单介绍了【le】双面电池组件【jiàn】的相关内容，通过某33kW系统模拟不同地面反【fǎn】射率时的发电量，并和单面电【diàn】池系统进行比较【jiào】，结果【guǒ】表明，当在地【dì】面反射率【lǜ】为90%的环境【jìng】下【xià】，双【shuāng】面发【fā】电【diàn】光【guāng】伏组件较单面组【zǔ】件的发电量【liàng】增【zēng】加【jiā】23.7%左右，发电量增量最高，其次是地面反射率70%，发电量增量为16%;地面反射率【lǜ】为50%时，发电【diàn】量增量为12%;地面反射【shè】率【lǜ】为30%时，发电【diàn】量增量仅为7%。

文中【zhōng】通过3kW系统模拟应用【yòng】研【yán】究【jiū】得出了不同反射环境下的发电【diàn】量均【jun1】不相同，双【shuāng】面电【diàn】池组件发电【diàn】系【xì】统在设计时和传统的光伏组件也是有所【suǒ】不同，由【yóu】于正【zhèng】反面均【jun1】可发电【diàn】，系统设计优化【huà】考虑的因素【sù】也比较多，如实际的安装环境、背【bèi】景反【fǎn】射率(后【hòu】期是否需要加装反射【shè】材【cái】料)、组件背面和正面效率的比值、组件下沿的离地高度、组件【jiàn】的安装倾角、安装方位角、前后间【jiān】距、安装方【fāng】式(垂直安【ān】装【zhuāng】或传统【tǒng】固定倾角)等【děng】。另外，由于双【shuāng】面电池的整【zhěng】体出力比单面电池组件要高，所以还要考虑【lǜ】对应逆变器的额定【dìng】输出功率【lǜ】大小【xiǎo】，通过发电量模拟得到双面系统的全年出力和逆变器参数是【shì】否匹配，进而设计【jì】合理【lǐ】的【de】双【shuāng】面组【zǔ】件系【xì】统容量。

FR：索比光伏网  陈建国