胡振球，曾 飛，林榮超，曾嬋娟，劉書強(qiáng)，黃瑜頌，蔡夢杰

廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，廣東 佛山 528300

0 引言

雙面光伏組件是一種正面和背面可以同時發(fā)電的新型高效光伏組件[1]。近年來，雙面組件的生產(chǎn)技術(shù)日益成熟，市場化進(jìn)程迅速加快，已成為主流的光伏發(fā)電產(chǎn)品，p型PERC、n型topcon、n型HJT等多種結(jié)構(gòu)的太陽能電池均可制備成雙面組件[2]。據(jù)研究，雙面組件系統(tǒng)在不同環(huán)境下的發(fā)電性能有著很大的差別，相對于傳統(tǒng)單面組件，雙面組件系統(tǒng)在安裝傾角、安裝高度、容配比、支架設(shè)計等方面都應(yīng)做特殊的設(shè)計[3]。在不同的使用環(huán)境下，雙面組件的產(chǎn)品選型、安裝角度設(shè)計、運行維護(hù)、逆變器等設(shè)備的配置等都存在差異。在大規(guī)模應(yīng)用、推廣雙面組件的同時，如何準(zhǔn)確、快速地評估雙面組件的發(fā)電性能成為業(yè)內(nèi)的熱點問題。

陳建國[4]、陸煒等[5]對雙面系統(tǒng)進(jìn)行了理論建模分析；馬少華[6]、肖志剛[7]、裴駿等[8]則在戶外不同場景下進(jìn)行了實證測試。研究表明，雙面組件可以顯著提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電性能。目前，對于雙面光伏組件的發(fā)電量增益的實證評估研究方法不盡相同，缺乏不同類型雙面組件的發(fā)電能力對比。對此，在佛山市順德區(qū)建設(shè)了一個光伏組件實證研究平臺，在平臺中可以采用多通道I-V特性測試儀配合自動切換裝置，用最大功率在線測量的方法計算雙面組件的直流發(fā)電量，考察p型PERC、n型topcon、n型HJT三種雙面組件在磚地、鋁箔、白漆三種不同反射材料下的系統(tǒng)能效比，從而評估組件的發(fā)電特性。

1 實證平臺搭建

在佛山市順德區(qū)的廣東質(zhì)檢院順德基地樓頂搭建了一個小型實證場。平臺采用混凝土基礎(chǔ)、不銹鋼可調(diào)支架，共6個方陣，每個方陣可安裝2塊光伏組件，每塊組件均單獨接入1臺微逆變器，再并入電網(wǎng)，同時安裝1套氣象采集系統(tǒng)，監(jiān)測輻照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速風(fēng)向等數(shù)據(jù)。實證平臺外觀如圖1所示。實證平臺的地面為磚地，為研究雙面光伏組件在不同背面反射率下的發(fā)電性能，還在磚地上鋪設(shè)了鋁膜、白漆薄膜兩種材料，用于模擬不同的反射場景，并用晶體硅輻射計同時測量雙面光伏組件正面和背面的輻照強(qiáng)度，計算不同材料在不同時間的反射率。

圖1 實證平臺外觀照片

三種雙面光伏組件的反射率隨時間的變化曲線如圖2所示。鋁箔、白漆兩種材料的反射率均明顯高于磚地，其中鋁箔的反射率最高，而且中午時段的反射率最高。這主要是因為鋁箔的反射以鏡面反射為主，而白漆和磚地的反射以漫反射為主。計算9：00～15：00不同材料的反射率平均值，磚地為25.8%，白漆為38.9%，鋁箔為52.6%。

圖2 不同背面材料反射率曲線

2 發(fā)電性能評價方法

使用組件能效比（performance ratio, PR）評價雙面組件的發(fā)電性能，計算公式如下：

式中：PR為組件能效比；E為評估周期發(fā)電量，kW·h；P0為光伏組件額定功率，kW；Hi為光伏方陣面輻射量，kW·h/m2；G為標(biāo)準(zhǔn)測試條件輻照度，kW/m2。

由于微逆變器的轉(zhuǎn)換效率具有較高的不確定性，實證研究中一般使用高精度的直流電表采集組件的直流發(fā)電量，但組件的工作狀態(tài)依然受微逆變器MPPT追蹤效率的影響，因此直流電表記錄的發(fā)電量仍存在一定誤差。對此，文章采用多通道I-V特性測試儀測量實時發(fā)電功率，再積分計算每塊組件的直流發(fā)電量，以最大限度地反映組件的真實發(fā)電特性。在測試過程中，使用特制裝置實現(xiàn)組件在并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)測試兩種運行狀態(tài)的自動切換，具體過程如下。

（1）光伏組件切換裝置與多通道I-V特性測試儀通信，接收其控制命令。

（2）切換裝置的IN接口正負(fù)極連接被測組件，OUT接口連接微逆變器，IV接口連接多通道I-V特性測試儀。切換裝置和多通道I-V特性測試儀均為6個通道，可同時連接6塊光伏組件。

（3）I-V特性測量時，由多通道測試儀發(fā)送命令，切換裝置將組件開路，測量其I-V特性曲線，記錄最大功率及其他電學(xué)參數(shù)，同時記錄輻照強(qiáng)度、組件背板溫度等數(shù)據(jù)，在30 s內(nèi)完成測試。

（4）I-V特性測試完畢后，由多通道I-V特性測試儀發(fā)送命令，切換裝置將組件接入微逆變器，使組件并網(wǎng)發(fā)電。

（5）設(shè)置并網(wǎng)狀態(tài)的時間間隔，使切換裝置自動運行，然后重復(fù)步驟（3）、（4）。

自動切換裝置的電路接線如圖3所示。

圖3 自動切換裝置電路圖

通過在線式I-V特性測量，用組件最大功率積分計算直流發(fā)電量，可以避免微逆變器MPPT追蹤效率可能帶來的誤差；采用切換裝置自動切換組件的狀態(tài)，可以使組件在測試時處于離網(wǎng)開路狀態(tài)，其余時段處于并網(wǎng)狀態(tài)，從而盡可能地模擬組件的實際使用過程，因此具有較高的可靠性。

3 實證數(shù)據(jù)分析

選用主流組件廠家生產(chǎn)的p型單面、p型PERC雙面、n型topcon雙面、n型HJT雙面四種組件各5塊，充分曝曬，正面的曝曬輻照量為88 kW·h/m2，背面的曝曬輻照量為65 kW·h/m2。在四種型號的組件中挑選功率最穩(wěn)定、EL無隱裂的樣品各1塊，安裝在實證系統(tǒng)上，研究其發(fā)電性能。

四種組件的性能參數(shù)如表1所示，其中的最大功率Pmax、開路電壓Voc、短路電流Isc、填充因子FF均由銘牌提供，均為正面參數(shù)；雙面率BiFi衰減至穩(wěn)定后在實驗室用AAA瞬態(tài)模擬器測試計算得出。

表1 組件樣品電學(xué)參數(shù)

四種組件分別在磚地、白漆、鋁箔三種反射面材料下運行7個晴天，然后使用多通道I-V特性測試儀配合自動切換裝置測量其直流發(fā)電量E，使用總輻射表記錄總輻照量Hi，利用式（1）計算PR值（P0為選用組件的銘牌標(biāo)稱功率）。不同反射面材料、不同類型雙面組件的PR值分布如圖4所示，計算得到的四種組件的PR值的平均值如表2所示。

圖4 不同反射面材料下，不同組件的PR值分布

表2 四種組件的PR值平均值

由上述結(jié)果可知，p型單面組件在三種反射面材料下的PR值均在90%左右，反射材料的不同會影響PR值，這是因為地面反射會提高組件的背板溫度。三種雙面組件的發(fā)電性能相對單面組件都有較大的提升。在同一種反射材料下，p型PERC雙面、n型topcon雙面、n型HJT雙面三種組件的PR值依次升高，表明不同類型雙面組件的發(fā)電性能有所差別，而且HJT雙面組件的表現(xiàn)最優(yōu)異；對于同一種雙面組件，反射率越高的反射面材料，其PR值也越高，反射面為鋁箔時，HJT雙面組件的PR值達(dá)132.43%，比單面組件的發(fā)電量增加近42%。

4 結(jié)束語

文章研究了p型PERC、n型topcon、n型HJT三種不同類型雙面組件在磚地、鋁箔、白漆三種不同反射面材料下的發(fā)電性能。為了避免微逆變器MPPT追蹤可能導(dǎo)致的影響，采用多通道I-V特性測試儀配合切換裝置使被測組件自動切換運行狀態(tài)，通過在線式最大功率測量的方法計算直流發(fā)電量，用PR值評估組件發(fā)電特性。研究表明，該方法能很好地用于組件實證研究，而且HJT雙面組件的表現(xiàn)優(yōu)于其余兩種組件，在鋁箔作為反射面材料的情況下，發(fā)電量比單面組件可提高近42%。