吴月仪

(协鑫集团设计研究总院，苏州 215000)

0 引言

近几年来，随着光伏行业迅猛发展，土地资源紧缺、弃光限电、补贴不到位等问题已成为制约该行业持续发展的重要问题；同时，“531”光伏新政、中美贸易摩擦等重大事件也对光伏行业造成了巨大影响。因此，尽快提质增效、推动光伏发电平价上网势在必行。“领跑者”基地中规模化使用了双面光伏组件，其发电量受到反射率、组件最低点离地高度、组件倾角和组件前后排中心间距等因素的影响，需寻找最佳方案，从而降低项目度电成本。本文针对建设于德令哈地区的采用双面光伏组件的光伏发电系统项目，从组件最低点离地高度、组件前后排中心间距2方面对双面光伏组件发电量的影响进行了研究。

1 实证项目介绍

本实证项目位于青海省德令哈地区，坐标为37.22°N，97.23°E，项目所在地的地面是平整无坡度的戈壁滩。项目选用了2种72片版型的光伏组件，分别为双面双玻多晶硅光伏组件(下文简称“双面光伏组件”)，正面峰值功率为335 Wp，192块；单面双玻多晶硅光伏组件(下文简称“单面光伏组件”)，峰值功率为335 Wp，32块；项目总装机容量为75.04 kW。实证项目采用多支路低压并网的技术方案，接入开关站400 V低压柜，于2018年6月1日实现并网发电，截至2019年5月31日，该项目已并网发电1年。

2 实证方案

本实证项目的光伏组件倾角采用当地最佳倾角37°，组件前后排中心间距的理论最佳值为9.5 m。按表1所示方式布置组件，以测试组件最低点离地高度、组件前后排中心间距对双面光伏组件发电量的影响。表中，组串ZC05和ZC14为单面光伏组件，每个组串为16块组件，共32块组件；其他12个组串均为双面光伏组件，每个组串为16块组件，共192块组件。

表1 组串编号及说明表Table 1 Serial numbers and description

为了便于计量组串的发电量，选用华为36KTL逆变器，每路MPPT只接入1路组串，共4台36KTL逆变器。实证项目卫星图及布置图分别如图1、图2所示。

图1 实证项目卫星图Fig.1 Satellite map of the project

图2 实证项目布置图(单位：m)Fig.2 The project layout (unit：m)

3 实证数据

通过对项目2018年6月1日～2019年5月31日的数据进行统计归纳发现，组件最低点离地高度为1.0 m的双面光伏组件的年发电量比同样离地高度时的单面光伏组件的高7.31%。使用PVsyst软件对该地区的单面、双面光伏组件最低点离地高度为1.0 m时的发电情况进行模拟，得到的背面发电量增益为6.01%。由于检测到的测试组串的发电量是经过逆变器之后的，未计算交流电缆、升压变等损耗，因此模拟结果与实证得到的7.31%的增益基本相符。下文分别从组件最低点离地高度、组件前后排中心间距2方面对发电量的影响进行分析。

3.1 组件最低点离地高度的影响

3.1.1 不同最低点离地高度的双面光伏组件与单面光伏组件的发电量比较

实证项目中每一组串均为16块335 Wp组件，即5.36 kW。双面光伏组件最低点离地高度为1.0 m和1.5 m的组串各有4个，以单面光伏组件组串ZC05作为基准，排除其他因素，将4组同一最低点离地高度的双面光伏组串的发电量累加后的平均值同组串ZC05的发电量进行比较，得到双面光伏组件发电量损益值A1、A2。即：

通过式(1)、式(2)可以得出，A1和A2全年合计值分别为7.31%和7.79%。1年中，每月发电量损益情况如图3所示。

由图3可以看出，在夏季6～8月时，最低点离地高度为1.0 m的双面光伏组件发电量优于最低点离地高度为1.5 m的双面光伏组件；在4月、5月和9月时，2种最低点离地高度的双面光伏组件的发电量接近；在10月～次年3月期间，最低点离地高度为1.0 m的双面光伏组件发电量少于最低点离地高度为1.5 m的双面光伏组件的发电量。从全年合计的发电损益值来看，在该地区，最低点离地高度为1.5 m的双面光伏组件年发电量比最低点离地高度为1.0 m的双面光伏组件增加了0.48%。

图3 以最低点离地高度1.0 m的单面光伏组件为基准，不同最低点离地高度时双面光伏组件的发电量损益对比Fig.3 When the minimum ground clearance of single-sided PV module is 1.0 m，power generation profit and loss of bifacial PV modules is compared at different minimum ground clearances

3.1.2 不同最低点离地高度的双面光伏组件的发电量比较

将最低点离地高度同为0.5 m、1.0 m和1.5 m的各4组双面光伏组串的发电量分别合计，以最低点离地高度为0.5 m双面光伏组件的发电量为基准进行比较，可得到不同最低点离地高度的双面光伏组件发电量损益值B1、B2，即：

通过式(3)、式(4)可以得出，B1、B2全年合计值分别为0.36 %和0.81 %。1年中，各月发电量损益情况如图4所示。

图4 不同最低点离地高度的双面光伏组件发电量损益对比Fig.4 Comparison of power generation profit and loss of bifacial PV modules at different minimum ground clearances

由图4可以看出，最低点离地高度为1.5 m时双面光伏组件发电量增益明显的月份是11月、1月、2月和3月，在此4个月中出现了雪天和地面积雪，是造成最低点离地高度高的双面光伏组件比最低点离地高度低的双面光伏组件发电量增益高的主要原因，本文后续将分析天气因素对双面光伏组件发电量损益的影响。除此以外，离地高度对双面光伏组件的发电量增益有帮助，但增益较小；且在6、7、8月时，最低点离地高度高的双面光伏组件的发电量低。

3.2 组件前后排中心间距的影响

实证项目中，双面光伏组件在3种最低点离地高度时，分别有4种前后排中心间距。为了便于比较，排除其他因素，将前后排中心间距相同的3个组串的发电量数据累加，然后进行比较。即：

以双面光伏组件前后排中心间距9.5 m时的发电量为基准，将其他3种间距的发电量分别与之对比，具体比较情况如图5所示。

图5 不同间距的双面光伏组件发电量比较情况Fig.5 Comparison of power generation of bifacial PV modules with different spacing

从图5可看出，在德令哈地区，双面光伏组件前后排中心间距越大，发电量越多；但从全年合计来说，每增加0.5 m，其增量值在0.12%～0.69%之间。但考虑到间距越大占用土地面积越多，电缆用量越大，因此在实际项目应用时，对于是否要增加组件前后排中心间距来提高发电量，需具体分析。

3.3 天气因素

3.3.1 典型天气因素

选取3、6、9、12月中出现晴、多云、阴和雨这些典型天气时的发电量，对比分析典型天气情况对双面光伏组件发电量的影响，具体如图6所示。由于德令哈地区雨水较少，故3月和12月未取得雨天的样本数据。

对图6进行分析可得，4种典型天气情况时，不同最低点离地高度下，双面光伏组件发电量相对于单面光伏组件发电量的增益值均为：阴＞雨＞多云＞晴。此外组件最低点离地高度方面：最低点离地高度为1.0 m的双面光伏组件发电量在6月和9月接近或略高于同时期的最低点离地高度为1.5 m的双面光伏组件；在12月和3月时则略低。

在典型天气情况下，对4种前后排中心间距的双面光伏组件发电量进行对比，具体比较情况如图7、图8所示。

图6 4种典型天气情况下双面光伏组件相对于单面光伏组件的发电量损益Fig.6 Power generation profit and loss of bifacial PV modules compared with single-sided PV modules in four typical weather conditions

图7 雨天和阴天时不同间距双面光伏组件发电量损益Fig.7 Power generation profit and loss of bifacial PV modules with different spacing in rainy and cloudy days

图8 多云和晴天时不同间距双面光伏组件发电量损益Fig.8 Power generation profit and loss of bifacial PV modules with different spacing in cloudy and sunny days

由图7、图8分析可得，在4种典型天气情况下，在6月，前后排中心间距9.5 m的双面光伏组件发电量基本高于其他3种前后排中心间距的双面光伏组件，在3月和9月基本持平或略低；而在12月，阴天时其他3种前后排中心间距的双面光伏组件发电量低于前后排中心间距9.5 m的双面光伏组件，多云和晴天时则相反。

图9 雪天时双面光伏组件相对于单面光伏组件发电量损益Fig.9 Power generation profit and loss of bifacial PV modules compared with single-sided PV modules in snowy days

3.3.2 雪天因素

对典型天气中的雪天进行单独分析，具体如图9所示。

从图9可以看出，最低点离地高度为1.0 m的双面光伏组件在雪天的发电量比同高度单面光伏组件发电量高出15%～29%；若双面光伏组件最低点离地高度增加到1.5 m，则其发电量比最低点离地高度为1.0 m的单面光伏组件高出16%～51%。

雪天时，随着组件前后排中心间距增大，发电量损益值具有一定的随机性，如图10所示。

图10 雪天时不同间距双面光伏组件发电量损益Fig.10 Power generation profit and loss of bifacial PV modules with different spacing in snowy days

4 结论

本文通过对双面双玻多晶硅光伏组件在青海德令哈项目上累计12个月的实证数据进行研究，得出以下结论：在德令哈平整无坡度的戈壁滩情况下，组件最低点离地高度、天气情况对双面光伏组件发电量的影响较明显，而组件前后排中心间距的大小对双面光伏组件发电量的影响较小。

对于采用双面光伏组件的光伏发电系统的设计，由于影响因素较多，需根据场地情况具体分析论证，以上实证项目数据积累时间较短，仅供设计参考。