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1、? 前言
雙面組件顧名思義就是正、反面都能發(fā)電的組件。當太陽光照到雙面組件的時候，會有部分光線被周圍的環(huán)境反射到雙面組件的背面，這部分光可以被電池吸收，從而對電池的光電流和效率產(chǎn)生一定的貢獻。盡管雙面電池的發(fā)展可以追溯到上世紀70年代，但當時的技術(shù)仍基于較為復(fù)雜的電池結(jié)構(gòu)，因此成本較高，直接制約了其在市場領(lǐng)域的發(fā)展。哈梅林太陽能研究所(ISFH)和德國光伏制造巨頭SolarWorld，這兩家起初相互獨立后來合并在一起的公司，在2015年開始致力于雙面PERC太陽能電池的研發(fā)，為其雙面組件的市場化奠定了基礎(chǔ)。
下文詳細闡述了組件安裝高度、地表反射率對發(fā)電增益的影響，地表反射率的測試方法，針對不同的安裝條件，給出了典型的安裝參數(shù)以及逆變器選型方法。
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2、? 雙面電池技術(shù)
同常規(guī)單晶電池相比，雙面光伏組件在正面直接照射的太陽光和背面接收的太陽反射光下，都能進行發(fā)電。早在上世紀80年代，Cuevas等人報道了雙面組件使用特殊的聚光系統(tǒng)后，其發(fā)電增益可達到50%。當前雙面電池主要基于復(fù)雜的電池結(jié)構(gòu)，如基于N型襯底雙面或異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的雙面電池。然而，這些雙面電池面臨的挑戰(zhàn)是它們通常需要在硅片兩面絲網(wǎng)印刷銀(Ag)子柵電極，因此需要消耗大量昂貴的Ag漿材料，從而推高了制造成本。
在2015年，SolarWorld聯(lián)合ISFH推出了名為“PERC+”的雙面PERC太陽能電池，該太陽能電池在電池背面采用絲網(wǎng)印刷Al子柵電極，代替?zhèn)鹘y(tǒng)全尺寸Al背電極，Al漿消耗量大幅減少，前表面效率和背面效率分別達到21.5%和16.7%?。
圖1 PERC雙面電池截面結(jié)構(gòu)
3、雙面組件
根據(jù)雙面電池的封裝技術(shù)可分為雙面雙玻組件、雙面（帶邊框）組件，其中雙面雙玻組件采用雙層玻璃+無邊框結(jié)構(gòu)，雙面（帶邊框）組件采用透明背板+邊框形式。主流結(jié)構(gòu)的雙玻雙面組件，具有生命周期較長、低衰減率、耐候性、防火等級高、散熱性好、絕緣性、易清洗、更高的發(fā)電效率等優(yōu)勢。
雙面組件的重要表征參數(shù)為雙面發(fā)電系數(shù)BF，在STC條件下，反映了背面最大功率和正面最大功率的比值。
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4、發(fā)電增益的影響因素
雙面組件發(fā)電增益主要取決于兩點：地表反射率和組件的安裝高度。太陽直接輻射和散射光到達地面后會被反射，有一部分將被反射到組件的背面。當組件最低點離地高度為0.5米時，使用TPO高反射率材料，雙面發(fā)電的增益可達到25%。
圖2 組件背面接收輻射來源
4.1 地表反射率
地表反射率是指地面反射輻射量與入射輻射量之比，表征地面對太陽輻射的吸收和反射能力。反射率越大，地面吸收太陽輻射越少;?反射率越小，地面吸收太陽輻射越多。如混凝土，為16%?；疑浪牧峡蛇_到62%，白色防水材料（主要和厚度和類型）可能會在80%以上。
圖3 不同材質(zhì)的地表反射率
地表反射率的大小取決于材料的顏色、厚度和表面的平整度，隨著時間的推移，如材料老化、表面臟污都會影響反射率。
如TPO屋頂材料最初可達到88%的反射率，但是過幾年以后，可能會下降至75%。因此安裝環(huán)境對材料反射率的影響較大，對于污染積灰嚴重而雨水較少的區(qū)域，為了保證反射率不受到影響，需要經(jīng)常進行清洗。
圖4 左）白漆屋面?右）白砂礫
4.2 反射率的測試方法
反射率的測試可以使用反射計，也可以使用光伏組件和萬用表進行測試，測試時盡量選擇在晴天無云中午時段，反射率和太陽入射角、組件安裝傾角均無關(guān)，因此可通過測試組件的短路電流進行計算。
測試時組件的高度應(yīng)足夠，保證邊框、組件或者人對背面沒有直接的影子；同時，測試時，應(yīng)選擇至少三個隨機的有代表性的位置進行測試。
首先將組件的安裝傾角調(diào)整為水平，組件的背面朝向天空，測試組件的ISCsky，其次，將組件的安裝傾角調(diào)整為0度，組件的背面朝向地面，測試組件的ISCground，那么測試點的反射率為：ISCsky/ISCground。
圖5
4.3 組件安裝高度的影響
組件離地高度是背面增益的第2個影響因素，如圖6所示，其中組件為單排橫向安裝，組件前后間距為2.5米，地面的反射率80%。
圖6
當離地高度為0.2米，背面的發(fā)電增益為15%，當離地高度為1米時，背面的發(fā)電增益接近20%。
從曲線上的數(shù)據(jù)可知，當離地高度在0.5米以下，發(fā)電增益隨組件離地高度的變化較為明顯，而高度在0.5米以上時，發(fā)電增益隨高度的增加后較為緩慢，而1米以上基本上是一個飽和點。因此，設(shè)計時需要根據(jù)發(fā)電量、當?shù)氐娘L載荷、安裝場地的面積、安裝的土地平整度等選擇最佳的安裝高度。
圖7
5、發(fā)電增益的計算公式
其中：
a = 1.037
A = 組件前后間距
E = 2.718
B = 8.691
H = 組件最低點和地面之間的距離
c = 0.125
適用范圍：組件傾角10°至30°，組件朝向正南，組件安裝方式為橫向或縱向。
圖8為使用上述公式得到的在不同的安裝高度、不同的反射率下的發(fā)電增益，其中組件安裝方式為橫向安裝，雙面因子65%，組件正向朝南，傾角30度，間距2.5米。
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原文題目：?Calculating the additional energy yield of bifacial solar modules, SolarWorld（翻譯時有節(jié)選）
原文始發(fā)于微信公眾號（坎德拉學院）：快速計算雙面組件發(fā)電量增益的方法