光伏組件傾斜面,接收到的輻射量,主要是太陽(yáng)的直射輻射量,天空的散射輻射量,還有地面反射的輻射量。這三個(gè)輻射量中,直射和散射輻射量之和是水平面總輻射量。當(dāng)我們?cè)u(píng)價(jià)一個(gè)地方的光資源時(shí),從氣象站獲取的資料一般只有水平面總輻射量,直射輻射量和散射輻射量,后兩者之和是水平面總輻射量。
當(dāng)計(jì)算光伏組件傾斜面接收到的輻射量時(shí),考慮地面反射是必要的。由于反射輻射量跟地面性質(zhì)也就是環(huán)境物體的特性有關(guān),因此用反射率來(lái)反應(yīng)地面的反射情況。反射率值越高,陽(yáng)光的反射情況越好,周圍的環(huán)境也會(huì)越亮,光伏組件的傾斜面接收到的反射輻射量也就越多。
上表中,水面的反射率值是應(yīng)用于平靜的水面,但難以在實(shí)際的環(huán)境中評(píng)估水面的反射率,因?yàn)樗婵偸窃诓▌?dòng),形成的波浪會(huì)反射太陽(yáng)光,而且波浪會(huì)增強(qiáng)對(duì)陽(yáng)光的反射。
不同物體,在不同的光譜波段對(duì)陽(yáng)光的反射率不同。如下圖,雪地、濕地、小麥、沙漠,不同的地物在同一波段其反射率不同,同一地物在不同波段反射率也不同。光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)工況條件下測(cè)試,其中光譜的要求是AM1.5。由于光伏組件對(duì)不同光波段的能量吸收不同,因此與AM1.5不匹配的光譜,在微觀上會(huì)影響電池片對(duì)光能量的吸收和發(fā)電輸出。
圖1 雪地、濕地、小麥、沙漠不同波段的反射率
圖2 不同土壤在不同波段的反射率
通常情況下,在PVsyst中,默認(rèn)為環(huán)境反射率為0.20。PVsyst軟件中,也提供了一些環(huán)境條件下的反射率。
圖3 PVsyst軟件中環(huán)境反射率的設(shè)置界面
本文選擇江蘇省南京市作為光伏系統(tǒng)受環(huán)境反射率影響的研究地點(diǎn),當(dāng)光伏組件傾角以25度安裝時(shí),設(shè)置不同的反射率的時(shí)候(全年反射率設(shè)置為一個(gè)數(shù)值),經(jīng)過(guò)PVsyst軟件模擬,數(shù)據(jù)如下。從數(shù)據(jù)中,可以得出光伏組件傾斜面的輻射量會(huì)隨著反射率的增加而增加。
當(dāng)環(huán)境反射率不同時(shí),反射率對(duì)光伏組件最佳傾角(傾斜面接收到最大輻射量的角度)影響也不一樣。經(jīng)過(guò)PVsyst軟件模擬,當(dāng)反射率默認(rèn)為0.20的時(shí)候,南京最佳傾角為23度,接收到的輻射量為1290.1kwh/m^2。當(dāng)反射率設(shè)置不同時(shí),隨著反射率的增大,光伏組件的最佳傾角也隨之增大,當(dāng)反射率為0.80時(shí),最佳傾角為38°,輻射量為1339.3kwh/m^2,相對(duì)于23°時(shí),輻射量增加了3.8%。
以上分析,均是將全年的反射率統(tǒng)一設(shè)定為一個(gè)值。實(shí)際上,全年的反射率,因?yàn)榻笛⒉莸仉S季節(jié)變化,環(huán)境的人為因素改變(如農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站中的耕種)等,環(huán)境反射率隨季節(jié)和時(shí)間變化。在PVsyst中,我們將模型簡(jiǎn)單設(shè)置為冬季降雪反射率為0.60,7、8月份新鮮草地的反射率為0.25,10月份干燥草地為030,通過(guò)PVsyst進(jìn)行模擬,得到如下數(shù)據(jù):
說(shuō)明:輻射量1為反射率默認(rèn)為0.20時(shí),最佳傾角23度的組件傾斜面接收到的輻射量。輻射量2為反射率修改后,通過(guò)模擬對(duì)比最佳傾角為24度時(shí)組件傾斜面接收到的輻射量。
本文針對(duì)環(huán)境反射率的不同,對(duì)固定傾角下光伏組件傾斜面輻射量的影響、光伏組件最佳傾角的影響做了分析,隨著反射率增大,光伏組件最佳傾角將會(huì)增大;各月不同的反射率也會(huì)影響光伏傾角和和傾斜面輻射量。因此,如果光伏電站的環(huán)境的反射率隨季節(jié)變化很大,在光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮到對(duì)光伏組件最佳傾角的影響,并在PVsyst模擬中修改原有的默認(rèn)設(shè)置。隨著雙面光伏組件的應(yīng)用,組件的背面發(fā)電主要依賴與環(huán)境反射率,因此將對(duì)環(huán)境反射率提出更高的要求。
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)(坎德拉學(xué)院):常被忽視的地面反射率對(duì)光伏設(shè)計(jì)的影響