不同材质地面上双面光伏组件发电性能户外实证测试

马 宁1, 相海涛, 宋 昊1, 赵 洁

(1. 国家太阳能光伏产品质量监督检验中心, 无锡 214000； 2. 苏州中来民生能源有限公司, 上海 201100)

常规的晶硅太阳能电池，只有正面接受光照产生光生电压和电流[1-2]。而双面发电太阳能电池则是硅片的正面和反面都可以接受光照并产生光生电压和电流[3-4]。相对于单面受光发电的组件，双面受光发电组件的发电量会有一定量的提升。由背面发电带来的发电量提升的幅度，主要受外部因素地面反射辐照强度影响，且地面反射辐照强度是一个变量[5-6]。

双面发电光伏(PV)组件由两片玻璃和双面发电太阳电池片组成复合层，电池片之间由导线串并联汇集到引线端所形成的光伏电池组件中，组件结构示意如图1所示。

图1 双面发电光伏组件结构示意图Fig.1 Structure diagram of bifacial PV module

笔者将双面光伏组件安装在不同材质地面上，研究了双面光伏组件在户外环境下的发电性能，并与常规组件发电量增益进行对比。

1 测试内容、技术方案及测试系统设置

1.1 测试研究项目

户外实证测试在不同材质地面(沙土面、水泥白漆面、碎石面)条件下双面组件与常规组件发电量增益对比。

1.2 测试技术方案

(1) 1个支架安装同型8块组件串联组成独立的组串，共4个方阵，每个双面组件方阵对应一种类型地面材质，材质面积不小于组串方阵在水平面内的垂直投影面积且向四周外延1 m。

(2) 每2个组串接入1台8 kW双路独立最大功率点跟踪(MPPT)组串逆变器，使组串工作在并网状态下，发出的电能送入电网。同时在线测量各组串直流电压、电流、功率，数据采集间隔不大于1 min。

(3) 测试时间不低于1个自然年(涵盖4个季节)。

(4) 在每个安装双面组件支架的背面同一高度处各安装一个辐照度计，共3个，监测3个不同材质地面的反射辐照度。

(5) 固定支架角度38°，方向正南。测试系统原理如图2所示。

1.3 测试试样信息

测试试样信息见表1，双面组件使用的是中来公司的JW-DN60N系列N型单晶高效双面双玻组件，组件采用超白钢化单绒面镀膜光伏玻璃，电池片使用N型钝化发射极背表面全扩散电池(N-PERT)技术工艺，N-PERT双面光伏电池结构示意图如图3所示。

图2 测试系统原理图Fig.2 Diagram of test system

表1 测试试样信息Tab.1 Test sample data

图3 N-PERT双面光伏电池结构示意图Fig.3 Structure diagram of N-PERT bifacial PV cell

1.4 测试平台设置

测试平台信息见表2，其中A89～A92是试样安装支架在户外测试场内的固定唯一编号，用于标记位置信息。

表2 测试平台信息Tab.2 Test platform data

1.5 测试设备

测试设备信息见表3。

1.6 测试系统安装

测试系统安装如图4所示，可见测试用双面光伏组件的背面无檩条遮挡，组件左右间隙大，透光率好，支架离地间隙大，是较为理想的安装方式，而在实际应用中多数情况达不到这种安装条件。

采用8块组件组成的组串，与光伏电站应用中18～20块的组串相比，组件一致性匹配损失略小，相对测得的发电量增益会略高。

在实际应用中沙土或碎石地面往往会受植被的影响产生季节性变化，植被的反射率是低于沙土或碎石面的，会削弱发电量增益。

1.7 测试地点

测试地点在国家光伏质检中心户外实证基地(银川)进行，基地位于宁夏银川市,东经106°0′52.27″，北纬38°36′56.77″，海拔1 180 m。

表3 测试设备信息Tab.3 Testequipment data

图4 测试系统安装图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 测试时间

测试时间为 2017年9月到2019年5月，持续17个月，有效数据天数426 d(天)。

1.9 测试流程

测试流程如图5所示。

图5 测试流程示意图Fig.5 Diagram of test process

2 实证测试结果及分析

发电量增益计算式为

(1)

式中:Gcg为发电量增益;MBPV为双面组件的月度发电量;MNPV为常规组体的月度发电量。

实证测试结果见表4和图6，由图6可知，3种材质地面上的双面组件月均发电量增益随季节有明显的波动，夏秋季节高，冬春季节低。原因主要是夏秋季节太阳高度角大且辐照强度高，地面反射辐照度大于冬春季节，因而发电量增益较大。

表4 实证测试结果Tab.4 Empirical test results

图6 不同材质地面上双面光伏组件月均发电量增益Fig.6 Monthly average power generation gain of bifacial PV module on different materials ground

水泥白漆面的反射系数(经验值为0.6～0.75)远大于沙土和碎石的(经验值为0.18～0.23)，所以水泥白漆面的双面光伏组件发电量增益明显大于沙土和碎石地面上的。但由于反射率受阳光入射角影响很大，且主要的反射面始终处于组串阵列的阴影区域内，故白漆面的实际效果是远低于理论反射率下的；另一方面，组件背面接收的反射光来自于地面，距离组件地面投影区域越近反射强度越大，能反射的面积远大于测试设置的材质面积，但周边场地是圆砾土地面，实际上是稀释了测试设置的材质的理论反射效果，所以导致白漆面的反射效果大打折扣。

3 结论

在当前组件安装方式下，沙土地面上相同标称功率的双面光伏组件的年平均发电量比常规单面光伏组件的增益18.21%；水泥白漆地面上相同标称功率的双面光伏组件的年平均发电量比常规单面光伏组件的增益24.33%；碎石地面上相同标称功率的双面光伏组件的年平均发电量比常规单面光伏组件的增益18.72%。