灰层遮挡对n型双面光伏组件发电量的影响

在连云港地区搭建光伏阵列试验平台，研究对比清洁组件与灰层遮挡组件的长期发电量差异，研究灰层遮挡对n 型双面组件和p 型单玻组件发电性能等的影响。研究表明：灰层遮挡对n 型双面组件发电量的影响程度低于p 型单玻组件，表面清洁状态下，p 型单玻组件和n型双面组件发电量平均增益分别为3.2% 和1.7%;地面反射率越高，n 型双面组件受灰层遮挡影响的程度越低;相同灰层遮挡条件下，n 型双面组件工作温度低于p 型单玻组件。

试验

试验对象

挑选EL 无异常、电性能参数相近的n 型双面组件和p 型单玻组件进行组串连接，组成单独的组件阵列，然后接入组串式逆变器进行并网发电。3 种试验对象分别为p 型单玻组件、安装在水泥地面的n 型双面组件(n 型双面组件- 水泥)和安装在白漆地面的n 型双面组件(n 型双面组件- 白漆地面)，其中每种试验组件分为两组，一组为清洁阵列，一组为参照阵列，其安装倾角均为31°，见表1。

试验内容

3 种实验组件阵列分为参照阵列和清洁阵列。其中参照阵列在整个试验周期内每天都进行清洁，清洁阵列以月为单位进行清洁，在每月前10 天每天傍晚对清洁组件进行清洁作业，余下20 天不采用清洁作业。各阵列的灰层覆盖自然形成，灰层密度可认为是相同的。试验周期为6个月。组件在进行清洁时，挑选傍晚逆变器停止工作时进行，采用高压水枪冲洗，最大程度降低清洁行为对组件前盖板玻璃的损伤。

数据的采集与分析

在组件与逆变器之间安装直流电能表，采集组件在工作时的电压、电流、功率和累计发电量，直流电能表的精确度等级为0.2 级。在每个阵列组件的背面安装热电偶，采集组件的工作温度，温度的采集精度为±1 ℃。分别在组件的正面和背面安装辐照度监控装置，并监控接收到的辐照强度，其采集精度为±1.5%。采用气象站监控同一时间点的环境温度、风速和太阳辐照强度。引入参数R1，其为每月前10 天清洁组件日均发电量E1 与参照组件日均发电量E2 的比值，即R1=E1/E2。为消除对比阵列之间发电性能的差异，同时引入参数R2，其为每月最后10 天清洁组件日均发电量E3 与参照组件日均发电量E4 的比值，即R2=E3/E4。通过对比清洁组件在每月前10 天清洁时的R1 和每月最后10 天未清洁时的R2，可得到当月清洁组件发电量增益K，计算式为：

研究结果与讨论

1.灰层遮挡对p 型单晶组件、n 型双面组件发电量的影响

通过式(1) 计算出p 型单玻组件和n 型双面组件不同月份清洁组件的发电量增益，结果如图1 所示。由图1 可知，p 型单玻组件在表面清洁状态下的发电量平均增益为3.2%，n 型双面组件由于为双面发电，其背面不受灰层遮挡影响，因此其清洁组件发电量平均增益为1.7%。

2.不同地面环境下灰层遮挡对n 型双面组件发电性能的影响

通过式(1) 计算出n 型双面组件分别在白漆地面和水泥地面下不同月份清洁组件的发电量增益，结果如图2 所示。由图2 可知，地面环境不同，n 型双面组件清洁状态下的发电量增益不同，水泥条件下发电量平均增益为1.7%，白漆地面环境下发电量平均增益为1.4%。

通过组件的正面和背面安装辐照度监控装置，监控组件正面和背面接收到的辐照强度。图3给出一天中组件的背面/正面辐照度测试曲线，并计算出这一天白漆地面和水泥地面的背面/ 正面辐照度平均值分别为26.7% 和16.9%。由于白漆地面环境下地面反射率较高，组件背面发电量占总发电量比例升高，因此，正面灰层遮挡对组件总体发电量的影响降低。

3.灰层遮挡对n 型双面组件温度特性的影响

由于灰层的遮挡增加了组件的热阻，组件的散热性能降低，因此组件的工作温度相应会升高[5]。组件工作温度主要与环境温度、辐照强度、风速有关[6]，其关系如式(2) 所示。

式中，G 为组件倾斜面接收到的辐照强度，V 为风速，u0 为辐照度对组件的影响因子，u1 为风速对组件的影响因子。

利用热电偶和气象站数据，取组件在4～7月内高于500 W/m2 辐照强度下的组件温度、环境温度、辐照强度和风速数据进行拟合，得出不同组件的影响因子u0 和u1。拟合误差如图4 所示，绿色区间表示拟合的组件温度与实际的组件温度相吻合，拟合误差满足要求。

不同辐照强度下灰层遮挡对组件温度的影响如图5 所示。灰层遮挡会提高组件温度，在低辐照强度时，清洁与未清洁组件温度差距较小，高辐照强度时差距较大;n 型双面组件清洁与未清洁组件温度差距比p 型单玻组件要小。在辐照度500 W/m2、环境温度25 ℃、风速1 m/s 的条件下，n 型双面组件和p 型单玻组件的工作温度受灰层遮挡的影响分别增加0.4 ℃和0.9 ℃;在辐照度1000 W/m2、环境温度25 ℃、风速1 m/s 的条件下，n 型双面组件和p 型单玻组件的工作温度受灰层遮挡的影响分别增加0.8℃和1.9 ℃。

注：绿色标识数据点在置信区间范围内，红色表示数据点在置信区间范围外

图4：组件温度拟合误差图

结论

通过在连云港地区户外测试平台的试验，研究了灰层遮挡对p 型单玻组件、n 型双面组件发电性能及温度的影响。研究结果表明：

1) 灰层遮挡对n 型双面组件发电量的影响程度低于p 型单玻组件;

2)n 型双面组件在白漆地面条件下发电量降低幅度低于水泥环境;

3) 在灰层遮挡条件下，n 型双面组件温度的增加低于p 型单玻组件。

该研究为n 型双面组件的大批量推广提供技术支持，对光伏电站的组件选型和性能评估具有指导意义。

文章来源：太阳能杂志