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浅谈双面组件的背面失配率

光伏电池组件  来源:坎德拉学院  作者:Kin  2020/6/19 8:30:13  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:在双面组件的安装与应用方面,还有许多问题需要解决,例如如何确定双面组件的安装高度、间距使得双面组件发电量最优,双面组件在实际应用过程中背面的辐照分布不均,导致系统发生失配,如何计算背面失配。

(来源:微信公众号“坎德拉学院”ID:pvmeng 作者:Kin)

笔者参阅了近几年关于失配损失的研究文献,研究发现:光伏阵列排布下的双面光伏组件,阵列头尾两排的背面发电量增益最大,并向中间逐渐减少;同一组串的双面光伏组件,位于两端的组件发电量增益明显大于中间组件的增益。

失配率的影响因素

双面发电组件背面辐射接收量受到安装条件的影响,例如安装高度、前后排间距、安装倾角和地面场景反射率。同时背面的辐射不均匀性受到光伏组件前后排及左右相邻组件的自阴影影响。不同位置的电池片的辐射光不同,将导致短路电流的输出值不同。光伏组件的I-V曲线就变的不平滑,对组件的最大功率点跟踪带来影响。

例如某分布式双面发电系统,组件安装角度10°,组件最低点离地高度0.15米,地表反射率0.65,从现场方阵中间挑选出一块组件进行测试。如图1所示,组件背面不同的位置辐照度从967W/m2到1128 W/m2不等。

组件背面中间位置辐照度比组件的顶部和尾部有所降低,而顶部位置的辐照度升高是由于周边存在一部分环境散射辐射,从而被背面所接收。

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由于接收的辐照度不均匀,组件的I-V曲线出现了一定的台阶。如图2所示。

02.jpg

国内外学者对常规单面发电组件正面的辐射不均匀性和失配损失进行了大量的研究,特别是组件受到遮挡以后,被遮挡的程度不同,对组件的电性能产生的影响也不同。光伏组件遮挡一定程度以后,将引起旁路二极管的导通,从而有效保护电池免受热斑影响。但是对于双面发电组件而言,背面的辐照度不均匀很难引起旁路二极管的导通,因此降低背面的失配至关重要。

组件离地高度对组件正反面失配率的影响

组件离地高度不同对组件背面失配的影响较大,背面失配率的增加将会引起组件整体的失配率的增加。对于固定式安装倾角,如果组件离地高度比较低,背面的辐射接收就会受到影响。

如图3所示,文献对中国上海、埃及开罗、美国里士满不同光资源的地区进行了测试,将组件正反面的失配当成一个整体来评估,结果发现组件最低点离地高度越低,阵列的失配率越高,当该距离在0.15米的时候,失配率到了最大值,约1.5%。

对于平单轴跟踪支架,失配率相对于固定支架有一定的增加。如果跟踪支架轴对组件背面有遮挡,相对于没有遮挡的情况下,失配损失率会增加约0.1%。(图中Tracking +TT 表示跟踪轴对背面有遮挡)。

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直射光强度对正反面失配率的影响

如上图所示三个地区的测试结果,三个地区的直射比均不相同,其中开罗地区的太阳辐射直射比较高,入射到地表以后,经反射到背面所带来的失配率也有所升高,而中国上海地区,太阳辐射直射比较低,因此在同样离地高度下,组件整体失配率相对较小。

组件正反面失配率与背面失配率的关系

通过现场测试和相关软件仿真可得到阵列的整体失配率,而在PVsyst仿真软件里面,对于双面发电系统,需要设置的是背面的年度失配率。

假设背面的失配率为Lrear,组件正反面的失配率为Myear,η为组件的转换效率,ΦBifi为双面发电因子,Gfront为正面辐射,Grear为背面辐射,Parray为组件的输出功率。由公式(1)(2)可得到(3)

04.jpg

其中BGG为背面辐射与正面辐射比值与双面发电因子的乘积。

05.jpg

从公式3可知,如果我们知道了双面组件的失配率就可以计算背面的失配率。

假设组件的年失配损失率Myear为1%,BGG平均值为10%,那么代入公式可得到背面的年度失配率为:

Lyear=1%*(1+100%/10%)=11%

PVsyst默认的组件失配率为1%左右,双面组件背面默认的失配率为10%,很多人对10%默认值很不理解,其实通过这个公式,可以得到很好的解释。

06.jpg

图4 组件失配率与背面失配率的关系

假设组件的失配率1%,可根据上述公式得到背面失配率与BGG的关系。从图可知,BGG从8.5%到10.1%变化时,背面失配率从12.8%到11%变化。BGG越大,背面失配率越低。

07.jpg

图5 组件失配率1%时,背面失配率与BGG的关系(横坐标:BGG,纵坐标:背面失配率)

双面组件的失配率分为正面失配和背面失配,一般情况下户外测试当做一个整体性能去评估,文中引用相关文献说明了双面组件失配率(含正反面)与组件离地高度、太阳直射光强度的关系,通过公式推导说明了组件失配率与背面的失配率的关系,默认情况下1%的失配率,背面的失配率可能达到10倍及以上的数量级,组件离地高度越高,失配率越低。因此在双面发电系统需要合理设计固定支架组件的离地高度或跟踪系统跟踪轴与地面的高度,尽量减少背面的失配损失。

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