低緯度下雙面光伏發電增益分析研究

0 引言

作為綠色能源的種類之一，光伏具有清潔、安全和資源豐富等特點，受到了廣泛的關注與研究。隨著雙面光伏組件應用的逐步推廣，其在各種情景下相對于單面組件的雙面發電增益(Bifacial Gain in Energy,BGE)是目前研究的重點。

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Molin 等在林雪平市(58°N)研究發現，在安裝傾角為40°且反射率為25%的朝南系統中年化BGE 為5%

。Pelaez 等研究人員模擬研究了雙面光伏組件搭配單軸跟蹤系統的背面輻照度增益，結果表明，在一些高反射率地區，背面輻照度增益可以達到20%，全球平均值在9%左右

。Sun 等研究人員通過建立輻照度模型來模擬雙面光伏組件的發電量，研究結果表明，當反射率為50 %且組件安裝高度為1 m 時全球的平均BGE能達到 30%

。在 34°N

，47°N 以及 27°N

，30°N 以及59°N

的實證平臺研究中，研究人員發現安裝傾角、安裝高度以及背景反射率對于BGE均有影響。Aguilella 等推導在亞利桑那(32°N)及紐約(41°N)的實驗數據，得到一個適用于離開赤道21°至51°緯度區間的BGE 預估模型，在這個研究的基礎上又通過模擬得到了對應不同安裝方位角的修正系數

。

目前對于BGE 的研究存在的問題主要有以下三點：

1)大多數傳統安裝方式的BGE 研究集中在30°以上的高緯度區域；

2)大多數BGE的研究集中在北半球，研究區域在南半球的極少；

3)對于BGE與緯度之間關系的相關研究極少。

本文使用了Pvsyst模擬計算了在30°S-30°N之間13 個地點的對應于不同安裝條件下的BGE，分析了緯度對于BGE 的影響，建立了緯度與BGE之間的聯系，并且以5°為間隔建立了在低緯度30°S-30°N之間的BGE模型。

1 實驗

第一部分的實證數據取自奉賢實證平臺，平臺鋪設了草地、鋁箔、沙地、白漆及水泥五個不同的地面背景，在水泥地面上分別放置安裝傾角為15°、30°和45°的雙面光伏組件，其余組件安裝傾角均為30°。本文選取了一塊常規單晶單面組件作為參考組件安裝在水泥地面上，安裝角度為30°。所有組件最小安裝高度均為0.55 m。所有組件的安裝方位角為169°，常規的BGE研究中組件安裝方位角為180°。根據研究人員的研究結果表明，在方位角為169°時對BGE開展研究，由方位角導致的誤差可以忽略不計

。另外，平臺配有功率優化器、數據采集器、數據匯總器以及八要素氣象站，可以實現實時采集氣象數據以及組件功率，定時采集組件累計發電量。

對于

以及

，并未展現出良好的對稱性。以整體變化趨勢而言，

與緯度大致上是正相關的，而

與緯度之間的關系則是不明確的。

第二部分的實證數據選自第三方研究。第三方的實證平臺搭建于美國亞利桑那州圖桑市(32°N)，組件安裝方位角為180°，所使用雙面光伏組件BF為95%

。

整體驗證過程的流程圖如圖1所示。圖中給出了模擬選用的組件以及設置條件。為了保證前后陣列間無遮擋，模擬中土地覆蓋率固定設置為49.5%。

模擬驗證結果見表2，情景1至情景3為第三方研究數據。表中數據均使用組件功率以及雙面組件的BF進行了歸一化處理。

從表2 數據可見，草地情景下的誤差最高，相對誤差比例超過了20 %。其余情景的誤差都較小，驗證了在一定安裝條件設置范圍內使用PV-syst 模擬結果來計算BGE 的可靠性，可靠的模擬設置范圍為：安裝傾角10°～45°；最小安裝高度0.2～0.76 m；反射率16%至80%。

2 分析與討論

2.1 緯度的影響

本文在Aguilella 等的研究基礎上建立了基本年化BGE預估模型

，見式(1)。

l——緯度的修正系數，單位“°”；

式中，

和

是擬合系數，單位分別是“ °”“m”和“%”；

是雙面光伏組件安裝傾角，單位“°”，范圍為10°～45°；

是雙面光伏組件最小安裝高度，范圍為0.2～0.75 m；

是雙面光伏組件安裝背景反射率，單位%，范圍為16%～80%。

別，你別笑。我這絕不是杞人憂天，也不是自己嚇唬自己，這樣的麻煩，已經咣當一家伙砸到胡家灣的胡二能頭上了。胡二能跟我一樣，是胡家灣村巡夜的。有天晚上執行任務時，碰到有人牽著幾只羊，也不知胡二能出于好奇還是對工作負責，跟人家打了聲招呼，結果你猜怎么著，人家扭過頭來噗嗤就是一刀，把胡二能的腸子攮了十幾個窟窿，血咕嘟咕嘟地冒，差點就變成鬼了。過后胡二能還納悶，說這人真雞巴不懂事，我好聲好氣跟他打個招呼，怎么上來就一刀呢。

本文在30°S-30°N的低緯度區間內以大約5°為間隔共選取了13 個地點作為模擬地點，盡可能保證選取地點的緯度關于赤道的南北對稱性。使用Pvsyst 模擬得到了各個地點不同安裝條件下的BGE 數值，將所有數據通過Matlab 求解超定方程組后得到了每一個地點

、

以及

的數值。本文選取地點的地理信息以及各個地點的擬合系數值見表3。

假設2臺機組正在運行，系統負荷變小時，冷凍供水泵將減小所供應的水量，機組感應到水量變小，即反映到機組的負荷相應減小，當2臺機組的負荷達到或者小于1臺機組的總負荷時，控制系統啟動減機延時，延時一段時間后關掉其中一臺機組，使另一臺機組在高負荷狀況下能夠同時滿足系統負荷的要求。

表3 中緯度的正值代表在北半球，經度的正值代表在格林威治以東。圖2將表中的數據通過可視化呈現，可更直觀地看出

、

以及

隨緯度變化的趨勢。圖中地點的名字以其所在緯度的整數形式表示，如倫博以15 S代替。

從圖2 (a)中可以發現擬合系數

在30°S 至30°N間呈現了一個很好的對稱性。另外，在緯度從赤道開始往遠離赤道的方向變化時，

與緯度是負相關的關系，同時根據圖片推測兩者的變化大約是呈反比的趨勢。

與緯度之間負相關的原因主要是緯度越高，一年之中的太陽高度角越小，當改變雙面光伏組件安裝傾角時，組件的自遮蔽陰影變化速度也會相應變慢，因此由于改變安裝傾角而導致組件背面接收輻照度的變化也會相應變弱，表現為更小的

值。

為載流導體的厚度，m；RT為熱阻系數，m2·K/W；ΔT為熱傳遞雙方的溫差，K。熱通道中熱量傳遞與電路中電流回路類似，熱量傳遞時的等值熱通道模型遵守類似于電路中的基爾霍夫定律。計算時首先由熱電比擬理論按各傳熱環節的熱傳遞方式，求取熱傳導、熱輻射、熱對流對應的熱導系數等參數，建立基于熱通道的熱點溫度計算模型，再將熱源熱量代入該模型求解出斷路器內部熱點溫度。

所有奉賢平臺的組件均使用IEC 60904的標準進行測試，測試結果見表1，雙面組件的雙面系數(Bifaciality, BF)均為86 %。背景地面的反射率使用標準輻照計在正午測得。

式(2)中所有的參數通過非線性擬合進行推導，將表3中各個選取地點

的數值以及對應的緯度作為數據點代入擬合，擬合后的曲線圖見圖4。

從圖3 中可以發現，BGE 的峰值出現在赤道。在緯度從赤道往遠離赤道的方向變化時，在0°至25°的區間內，BGE 呈下降趨勢，原因是一年之中太陽的直射點只能在南回歸線(23°26′S)以及北回歸線(23°26′N)之間移動，如果在0°至23°26′的區間內使用光伏組件，一年中在部分時間段內太陽會移動到組件的正后方，越靠近赤道這一時間段就越長，這直接影響了組件正面所能接收到的輻照量。與之相比，雙面光伏組件的背面也能夠接收太陽光進行發電，因此，越靠近赤道，BGE 就會更高。在南回歸線至北回歸線的緯度區間內，使用雙面光伏組件更為有利。而其中在15°S 與20°S的BGE 變化有一個輕微的上升，推測導致這一離散點的原因主要是所選地點之間的氣象差異。

總體而言，在緯度更高的地區，

的數值會更小，

的數值會更大。換言之，在緯度更高的地區，BGE對于雙面光伏組件安裝傾角的變化更不敏感，而對于雙面光伏組件最小安裝高度的變化更敏感。另外，在南回歸線至北回歸線的緯度區間內，使用雙面光伏組件是更為有利的。

吳建軍：相較于以往，《通知》的亮點，首先是切實的稅收優惠政策和減稅力度，推進增值稅等實質性減稅以及對小微企業和科技型初創企業實施普惠性稅收免除等。其次是“互聯網+稅務”，對電子繳稅的便利和統一進行了創新型優化。最后是民營企業的法律救濟權利的充分保障，建立納稅人訴求和意見處理的快速反應機制，提高辦事效率。此次減稅降負充分發揮了稅收這一經濟杠桿支持民營企業發展的作用，將有效促進民營經濟發展壯大。減稅降負的舉措在給民營企業發展帶來實際利好的同時，也能進一步激發民營企業創新活力，助推“大眾創業，萬眾創新”，推進供給側改革，促進民營經濟高質量發展。

2.2 低緯度BGE模型

前文推測

與緯度之間是呈反比例關系，基于這一關系建立了

以及緯度之間的反比例函數關系式，見式（2）。

舒芬太尼聯合右美托咪定對AECOPD機械通氣患者ICU獲得性衰弱的影響 ……………………………… 鄧佳林等（6）：820

式中，

——擬合系數，單位：“ °”；

式中，

——地點的緯度，單位：°；

——緯度，單位“°”；

在得到所有衛星的測距偏差曲線后，取其均值可得到衛星導航系統的測距公共誤差，此誤差在定位解算方程式中被消除，不會造成用戶定位產生偏差，只會影響用戶授時精度，將各衛星測距偏差減去公共偏差后得到的偏差曲線定義為測距自然偏差，該偏差能夠真實反應B1I信號之間的測距差異，是衡量測距性能的重要標準[7].

m——整體的修正系數，單位“°”。

2.2.2 定量限 據添加回收率試驗，在上述色譜條件下咪鮮胺及其代謝物在絲瓜中的最低檢出濃度為0.02 mg／kg。

為了分析在30°S 至30°N 之間不同緯度下的BGE，本文設定了5 種安裝情景，安裝條件均勻覆蓋了經驗證的模擬條件設置范圍。將設置安裝情景中的安裝參數代入到式(1)中，

、

以及

的數值根據地點取表3 中的數據計算BGE。設置的安裝情景見表4，計算結果見圖3。

中國建設銀行國內第一家無人銀行已在上海正式營業，在這家銀行中，沒有一個保安，取而代之的是人臉識別的閘門和敏銳的攝像頭；找不到一個大堂經理，取而代之的是會微笑說話，對你噓寒問暖的機器人；更找不到一個柜員，取而代之的是更高效率，懂你所要的智能柜員機。

從圖4可見，大多數數據點落在擬合曲線上，少數的誤差離散點也能均勻分布在曲線兩側，擬合校正決定系數為0.981 65，大于0.95。因此，擬合是成功的。經非線性擬合處理后得到式(2)中的未知參數，k為14.024，l為32.983°，m為-0.175°，式(2)可以被改寫成式（3）。

結合式(1)、(3)以及表3 中的數據建立了低緯度30°S-30°N 之間的年化BGE 模型。式(1) 中的擬合系數

使用式(3)的關系式進行代入替換，所建立模型如式(4)所示。

k——為常數；

——安裝傾角，范圍為10°～45°；

、

——擬合系數，單位：m和%；

——雙面光伏組件最小安裝高度，范圍為0.2～0.75 m；

——雙面光伏組件安裝背景反射率，單位%，范圍為16%～80%。；

式中的(

[%]/75%)這一項可以看作是雙面系數的轉換系數。本模型適用于30°S 至30°N之間固定安裝傾角的系統。

在30°S-30°N 之間不同緯度下

的數值以及

的數值均使用了表3 中的數據，表5 以5°為間隔羅列了不同緯度下

以及

的數值。

2017年6月30—2018年6月30，學校師生共計申請專利110項，其中發明專利69項， 2016年—2017年同期共計申請專利57項，其中發明專利41項，同比分別增長92.98%、68.29%。

為了驗證模型的可靠性，本文選取了第三方的研究數據與模型計算數據進行對比。為了統一對比量，BGE 通過式（5）轉換，有助于與單面參考組件相對比的雙面發電量(Bifacial Energy Yield,BEY)。

再一封信，楊小水突然就說離了婚的表姐怎么怎么了。蘇楠估摸著，時間這么長了，常江可能是弄丟了其中的一封或兩封信。還有一種可能是，常江根本就沒收到那封講她離婚的信，或許是郵寄的過程中遺失了。

由于在低緯度區間內的研究有限，本文僅選取了一些在30°N附近的研究，第三方研究的地點為開羅(30°N)、埃拉特(29°N)以及艾高娜(27°N)。其中，一些組件安裝條件不適用于本文推導模型的第三方研究數據也被納入對比范圍，對比結果見表6。

從表6 數據可見，使用低緯度年化BGE 模型，計算模型適用范圍內的情況時，誤差遠比計算模型適用范圍外的情況低。在模型適用范圍內的情況下，誤差比例均在4%以內，符合公認的應用于估算發電量的模型3%～4%的精度。

3 結論

本文使用了PVsyst 光伏模擬軟件計算了在30°S-30 °N 之間13 個地點的對應于不同安裝條件下的BGE，分析了緯度對BGE 的影響，發現在緯度更高的地區，BGE對于雙面光伏組件安裝傾角的變化更不敏感，而對于雙面光伏組件最小安裝高度的變化更敏感。另外，在南回歸線至北回歸線的緯度區間內，使用雙面光伏組件更為有利。在分析的基礎上本文建立了緯度與BGE之間的聯系，并且以5°緯度為間隔建立了在低緯度30°S至30°N之間的年化BGE模型，使用所建立的模型計算數據與第三方的研究數據進行了對比，誤差比例在4 %以內，驗證了模型的可靠性。

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