背景反射率对采用不同支架安装方式的双面单晶硅光伏组件发电量的影响

马庆虎，李晓峰，白卫刚，张 勃，王 珣，李 宪

(国家电投集团青海光伏产业创新中心有限公司，西宁 810000)

0 引言

随着世界能源紧缺问题日益严重，太阳能等可再生能源的应用技术发展迅猛，其中光伏发电的发展较为迅速。但光伏发电系统在大规模应用的同时，还普遍存在太阳光吸收效率低、光伏发电系统的系统效率偏低的情况，造成了太阳能资源及光伏发电设备的浪费。为有效解决此类问题，需要从光伏发电系统的各个环节进行分析和研究，在应用新产品、新设备的同时，也要考虑不同设备间的匹配性，从而提高光伏发电系统的利用率[1]。

目前，较常见的光伏组件的类型有常规多晶硅光伏组件、常规单晶硅光伏组件、多晶黑硅光伏组件、单面PERC单晶硅光伏组件、双面PERC单晶硅光伏组件、n型单晶硅光伏组件等。当前大规模应用的、性价比较高的单晶硅光伏组件是72片单面单晶硅光伏组件(下文简称“单面光伏组件”)和72片双面单晶硅光伏组件(下文简称“双面光伏组件”)，功率约在385～445 W。与传统的单面光伏组件只能利用正面入射的太阳光不同，双面光伏组件的背面也具备光电转换的能力，在2种组件正面额定装机容量相同的条件下，采用双面光伏组件可以增加发电量。由于不同地表的背景反射率不同，双面光伏组件背面的发电量增益也会产生相应变化。因此，本文通过PVsyst软件对不同背景反射率情况下，采用不同支架安装方式时双面光伏组件背面年发电量增益的情况进行了模拟分析，以期为光伏发电系统设计方案的优化和实施提供指导。

1 实验背景

利用PVsyst软件进行模拟分析时，以青海省某光伏电站的地理位置为例，该地区的太阳能辐射资料为：年水平总辐射量为1880.1 kWh/m2，年散射总辐射量为532.4 kWh/m2。

本模拟研究了在不同背景反射率情况下，分别采用平单轴跟踪支架和固定支架时，双面光伏组件背面年发电量的增益情况。实验均以单面光伏组件方阵作为基准对比组，双面光伏组件方阵与单面光伏组件方阵的容量均为1.238 MWp，均采用峰值功率为445 Wp的光伏组件，组件电压等级均为1500 V，方阵均采用5台255 kW的组串式逆变器。

2 采用平单轴跟踪支架时，在不同背景反射率情况下双面光伏组件背面年发电量的增益

本实验的单面光伏组件和双面光伏组件的安装方式均采用平单轴跟踪支架，东西向2套相邻跟踪支架主轴之间的间距为4.4 m。

假定其他边界条件一致的情况下，分别设定背景反射率为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，通过PVsyst软件模拟可以得到采用平单轴跟踪支架时，相较于单面光伏组件，双面光伏组件背面的年发电量增益情况，如表1所示。

通过表1可以看出，都采用平单轴跟踪支架时，相较于单面光伏组件，在不同背景反射率情况下，双面光伏组件背面的年发电量增益不同；且随着背景反射率的增加，双面光伏组件背面的年发电量增益也在相应增加；当背景反射率在0%～40%范围内变化时，双面光伏组件背面的年发电量增益为0.56%～6.98%。

表1 采用平单轴跟踪支架时，相较于单面光伏组件在不同背景反射率的情况下双面光伏组件背面的年发电量增益Table 1 Annual power generation gain on back of bifacial PV modules compared with single side PV modules under different background reflectivity with flat single-axis tracking support

3 采用固定支架时，在不同背景反射率情况下双面光伏组件背面年发电量的增益

本实验的单面光伏组件和双面光伏组件的安装方式均采用固定支架，前排固定支架上组件前沿到相邻后排固定支架上组件前沿的间距为9.4 m。

假定其他边界条件一致的情况下，分别设定背景反射率为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，通过PVsyst软件模拟可以得到采用固定支架时，相较于单面光伏组件，双面光伏组件背面的年发电量增益情况，具体如表2所示。

通过表2可以看出，都采用固定支架时，与单面光伏组件相比，在不同背景反射率情况下，双面光伏组件背面的年发电量增益不同；且随着背景反射率的增加，双面光伏组件背面的年发电量增益也在相应增加；当背景反射率在0%～40%的范围内变化时，双面光伏组件背面的年发电量增益为0.69%～7.96%。

表2 采用固定支架时,相较于单面光伏组件在不同背景反射率情况下双面光伏组件背面的年发电量增益Table 2 Annual power generation gain on back of bifacial PV modules compared with single side PV modules under different background reflectivity with fixed support

4 结论

本文利用PVsyst软件模拟了采用平单轴跟踪支架和固定支架2种支架安装方式时，相较于单面光伏组件，在不同背景反射率情况下的双面光伏组件背面年发电量的增益情况，结果表明：无论采用何种支架安装方式，双面光伏组件的背面年发电量均有所增益；且背景反射率不同，双面光伏组件的背面年发电量增益也不同；随着背景反射率的增加，双面光伏组件的背面年发电量增益也相应增加。当背景反射率在0%～40%的范围内变化时，采用平单轴跟踪支架的双面光伏组件背面年发电量的增益为0.56%～6.98%，采用固定支架的双面光伏组件背面年发电量的增益为0.69%～7.96%。

因此，光伏发电系统在进行设计方案比选时，若项目所在地的背景反射率较高，且支架安装方式采用固定支架或平单轴跟踪支架时，推荐采用双面光伏组件。与采用单面光伏组件相比，在装机容量相同的情况下，采用双面光伏组件在仅增加少量投资的同时提高了光伏发电系统的整体发电量，有利于提升光伏发电系统的综合利用率和经济性，从而降低系统的度电成本，提升总体收益率。此研究结果可用于指导日后光伏发电系统设计方案的优化和实施。