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淺談雙面組件的背面失配率

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淺談雙面組件的背面失配率
? ? ? ?在雙面組件的安裝與應(yīng)用方面，還有許多問題需要解決，例如如何確定雙面組件的安裝高度、間距使得雙面組件發(fā)電量最優(yōu)，雙面組件在實(shí)際應(yīng)用過程中背面的輻照分布不均，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生失配，如何計(jì)算背面失配。
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? ? ? ?筆者參閱了近幾年關(guān)于失配損失的研究文獻(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)：光伏陣列排布下的雙面光伏組件，陣列頭尾兩排的背面發(fā)電量增益最大，并向中間逐漸減少；同一組串的雙面光伏組件，位于兩端的組件發(fā)電量增益明顯大于中間組件的增益。
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失配率的影響因素
? ? ? ?雙面發(fā)電組件背面輻射接收量受到安裝條件的影響，例如安裝高度、前后排間距、安裝傾角和地面場景反射率。同時(shí)背面的輻射不均勻性受到光伏組件前后排及左右相鄰組件的自陰影影響。不同位置的電池片的輻射光不同，將導(dǎo)致短路電流的輸出值不同。光伏組件的I-V曲線就變的不平滑，對組件的最大功率點(diǎn)跟蹤帶來影響。
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? ? ? ?例如某分布式雙面發(fā)電系統(tǒng)，組件安裝角度10°，組件最低點(diǎn)離地高度0.15米，地表反射率0.65，從現(xiàn)場方陣中間挑選出一塊組件進(jìn)行測試。如圖1所示，組件背面不同的位置輻照度從967W/m2到1128 W/m2不等。
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? ? ? ?組件背面中間位置輻照度比組件的頂部和尾部有所降低，而頂部位置的輻照度升高是由于周邊存在一部分環(huán)境散射輻射，從而被背面所接收。
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淺談雙面組件的背面失配率

圖1
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由于接收的輻照度不均勻，組件的I-V曲線出現(xiàn)了一定的臺階。如圖2所示。
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淺談雙面組件的背面失配率

圖2
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? ? ? ?國內(nèi)外學(xué)者對常規(guī)單面發(fā)電組件正面的輻射不均勻性和失配損失進(jìn)行了大量的研究，特別是組件受到遮擋以后，被遮擋的程度不同，對組件的電性能產(chǎn)生的影響也不同。光伏組件遮擋一定程度以后，將引起旁路二極管的導(dǎo)通，從而有效保護(hù)電池免受熱斑影響。但是對于雙面發(fā)電組件而言，背面的輻照度不均勻很難引起旁路二極管的導(dǎo)通，因此降低背面的失配至關(guān)重要。
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組件離地高度對組件正反面失配率的影響
? ? ? ?組件離地高度不同對組件背面失配的影響較大，背面失配率的增加將會引起組件整體的失配率的增加。對于固定式安裝傾角，如果組件離地高度比較低，背面的輻射接收就會受到影響。
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? ? ? ?如圖3所示，文獻(xiàn)對中國上海、埃及開羅、美國里士滿不同光資源的地區(qū)進(jìn)行了測試，將組件正反面的失配當(dāng)成一個(gè)整體來評估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)組件最低點(diǎn)離地高度越低，陣列的失配率越高，當(dāng)該距離在0.15米的時(shí)候，失配率到了最大值，約1.5%。
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? ? ? ?對于平單軸跟蹤支架，失配率相對于固定支架有一定的增加。如果跟蹤支架軸對組件背面有遮擋，相對于沒有遮擋的情況下，失配損失率會增加約0.1%。（圖中Tracking +TT 表示跟蹤軸對背面有遮擋）。
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淺談雙面組件的背面失配率

圖3
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直射光強(qiáng)度對正反面失配率的影響
? ? ? ?如上圖所示三個(gè)地區(qū)的測試結(jié)果，三個(gè)地區(qū)的直射比均不相同，其中開羅地區(qū)的太陽輻射直射比較高，入射到地表以后，經(jīng)反射到背面所帶來的失配率也有所升高，而中國上海地區(qū)，太陽輻射直射比較低，因此在同樣離地高度下，組件整體失配率相對較小。
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組件正反面失配率與背面失配率的關(guān)系
? ? ? ?通過現(xiàn)場測試和相關(guān)軟件仿真可得到陣列的整體失配率，而在PVsyst仿真軟件里面，對于雙面發(fā)電系統(tǒng)，需要設(shè)置的是背面的年度失配率。
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? ? ? ?假設(shè)背面的失配率為Lrear，組件正反面的失配率為Myear，?η為組件的轉(zhuǎn)換效率，ΦBifi為雙面發(fā)電因子，Gfront為正面輻射，Grear為背面輻射，Parray為組件的輸出功率。
由公式（1）（2）可得到（3）
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淺談雙面組件的背面失配率?（1）

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淺談雙面組件的背面失配率（2）

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淺談雙面組件的背面失配率 ? ? ??（3），

其中BGG為背面輻射與正面輻射比值與雙面發(fā)電因子的乘積。

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淺談雙面組件的背面失配率（4）

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從公式3可知，如果我們知道了雙面組件的失配率就可以計(jì)算背面的失配率。
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假設(shè)組件的年失配損失率Myear為1%，BGG平均值為10%，那么代入公式可得到背面的年度失配率為：
Lyear=1%*（1+100%/10%）=11%
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? ? ? ?PVsyst默認(rèn)的組件失配率為1%左右，雙面組件背面默認(rèn)的失配率為10%，很多人對10%默認(rèn)值很不理解，其實(shí)通過這個(gè)公式，可以得到很好的解釋。
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淺談雙面組件的背面失配率

圖4 組件失配率與背面失配率的關(guān)系
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? ? ? ?假設(shè)組件的失配率1%，可根據(jù)上述公式得到背面失配率與BGG的關(guān)系。從圖可知，BGG從8.5%到10.1%變化時(shí)，背面失配率從12.8%到11%變化。BGG越大，背面失配率越低。
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淺談雙面組件的背面失配率

圖5 組件失配率1%時(shí),背面失配率與BGG的關(guān)系（橫坐標(biāo)：BGG，縱坐標(biāo)：背面失配率）
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? ? ? ?雙面組件的失配率分為正面失配和背面失配，一般情況下戶外測試當(dāng)做一個(gè)整體性能去評估，文中引用相關(guān)文獻(xiàn)說明了雙面組件失配率（含正反面）與組件離地高度、太陽直射光強(qiáng)度的關(guān)系，通過公式推導(dǎo)說明了組件失配率與背面的失配率的關(guān)系，默認(rèn)情況下1%的失配率，背面的失配率可能達(dá)到10倍及以上的數(shù)量級，組件離地高度越高，失配率越低。因此在雙面發(fā)電系統(tǒng)需要合理設(shè)計(jì)固定支架組件的離地高度或跟蹤系統(tǒng)跟蹤軸與地面的高度，盡量減少背面的失配損失。
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? 參考文獻(xiàn)：Estimating and parameterizing mismatch power loss in bifacial photovoltaic systems
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