不同材質地面上雙面光伏組件發電性能戶外實證測試

馬 寧1, 相海濤, 宋 昊1, 趙 潔

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

常規的晶硅太陽能電池，只有正面接受光照產生光生電壓和電流[1-2]。而雙面發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生光生電壓和電流[3-4]。相對于單面受光發電的組件，雙面受光發電組件的發電量會有一定量的提升。由背面發電帶來的發電量提升的幅度，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]。

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

圖1 雙面發電光伏組件結構示意圖Fig.1 Structure diagram of bifacial PV module

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

1 測試內容、技術方案及測試系統設置

1.1 測試研究項目

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

1.2 測試技術方案

(1) 1個支架安裝同型8塊組件串聯組成獨立的組串，共4個方陣，每個雙面組件方陣對應一種類型地面材質，材質面積不小于組串方陣在水平面內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，使組串工作在并網狀態下，發出的電能送入電網。同時在線測量各組串直流電壓、電流、功率，數據采集間隔不大于1 min。

(3) 測試時間不低于1個自然年(涵蓋4個季節)。

(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，監測3個不同材質地面的反射輻照度。

(5) 固定支架角度38°，方向正南。測試系統原理如圖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型鈍化發射極背表面全擴散電池(N-PERT)技術工藝，N-PERT雙面光伏電池結構示意圖如圖3所示。

圖2 測試系統原理圖Fig.2 Diagram of test system

表1 測試試樣信息Tab.1 Test sample data

圖3 N-PERT雙面光伏電池結構示意圖Fig.3 Structure diagram of N-PERT bifacial PV cell

1.4 測試平臺設置

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的固定唯一編號，用于標記位置信息。

表2 測試平臺信息Tab.2 Test platform data

1.5 測試設備

測試設備信息見表3。

1.6 測試系統安裝

測試系統安裝如圖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，而在實際應用中多數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，相對測得的發電量增益會略高。

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

1.7 測試地點

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

表3 測試設備信息Tab.3 Testequipment data

圖4 測試系統安裝圖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17個月，有效數據天數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 實證測試結果及分析

發電量增益計算式為

(1)

式中:Gcg為發電量增益;MBPV為雙面組件的月度發電量;MNPV為常規組體的月度發電量。

實證測試結果見表4和圖6，由圖6可知，3種材質地面上的雙面組件月均發電量增益隨季節有明顯的波動，夏秋季節高，冬春季節低。原因主要是夏秋季節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，因而發電量增益較大。

表4 實證測試結果Tab.4 Empirical test results

圖6 不同材質地面上雙面光伏組件月均發電量增益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(經驗值為0.6～0.75)遠大于沙土和碎石的(經驗值為0.18～0.23)，所以水泥白漆面的雙面光伏組件發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域內，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域越近反射強度越大，能反射的面積遠大于測試設置的材質面積，但周邊場地是圓礫土地面，實際上是稀釋了測試設置的材質的理論反射效果，所以導致白漆面的反射效果大打折扣。

3 結論

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