CN109150108A - 一种计算双面光伏组件背板平均辐照的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算双面光伏组件背板平均辐照的方法，通过室内测量双面电池片在双面辐照条件以及单面辐照条件下的电学性能参数，为双面光伏组件提供数据支持，进而计算出双面光伏组件的背板平均辐照。本发明解决了双面光伏组件背板辐照测量的难题，对深入研究双面光伏组件电学模型有着十分重要的意义。
Description
技术领域
本发明公开了一种计算双面光伏组件背板平均辐照的方法，属于光伏组件发电技术领域。
背景技术
双面光伏组件由于发电增益明显、安装不受限制等优势引起了研究者们的广泛关注。但组件背面辐照不容易测量且不均匀，影响了性能参数计算的准确性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种计算双面光伏组件背板平均辐照的方法，为精确计算双面光伏组件背板参数提供依据。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种计算双面光伏组件背板平均辐照的方法，包括以下步骤：
1)搭建室内测量双面电池片的实验装置，所述实验装置由氙灯模拟光源、点火器、电源、风扇、CS电化学工作站、载物架和热电堆辐照计组成；
所述载物架包括底座，支撑架和载物台，所述支撑架为可高度调节伸缩架，载物台位于支撑架上方，用于放置双面电池片，通过调节支撑架的高度来调节载物台与氙灯模拟光源之间的距离，实现不同的辐照强度；所述氙灯模拟光源置于载物台的正上方，用于模拟辐照；所述氙灯模拟光源连接点火器，点火器连接电源；所述CS电化学工作站连接双面电池片的输出端，用于测试双面电池片的I-V曲线和性能参数；
2)根据式(1)计算双面光伏组件的背板电流：
Isum＝R×Irear (1)
其中，Isum为双面光伏组件总电流，Irear为双面光伏组件遮挡正面后的背板电流，R为总电流相对于背板电流的增益；
3)根据式(2)计算双面光伏组件的背板功率：
Prear＝Irear×Vrear (2)
其中，Prear为双面光伏组件的背板功率，Vrear为双面光伏组件的背板电压；
4)根据式(4)计算双面光伏组件的背板平均辐照：
其中，Grear为双面光伏组件的背板平均辐照，Psum为双面光伏组件的总功率，Gsum为双面光伏组件正、反面的总辐照，k为比例系数。
前述的辐照强度的调整过程为，在没有放双面电池片的时候，将热电堆辐照计的感光部分放置在氙灯模拟光源下，调节热电堆辐照计的高度，直至达到想要的辐照强度，然后调节支撑架到对应高度。
前述的实验装置还包括风扇，所述风扇置于氙灯模拟光源的上方。
前述的步骤2)中，假设相同辐照条件下的双面电池片和由其串联组成的光伏组件，总电流相对于背板电流的增益相等，通过室内测量双面电池片的增益R得出相同辐照条件下双面光伏组件的增益R，具体过程如下：
21)确定双面电池片的正面和背面，具体为，将双面电池片放在载物台上，将双面电池片的一面用背板遮挡，另一面在1000W的辐照条件下测试I-V曲线、性能参数；测量完一面之后，再将另一面遮住，同样在1000W的辐照条件下测试I-V曲线和性能参数；通过两面功率的比较，将双面电池片输出功率大的一面定义为正面，并采集I-V曲线；
22)对双面电池片单面辐照条件下的数据进行采集，具体为，调整载物架的高度，分别测试在辐照条件分别为700W、600W、400W、200W和100W下的双面电池片正、反两面的I-V曲线和性能参数；
23)对双面电池片双面辐照条件下的数据进行采集，具体为，将双面电池片的正面辐照控制在600W、500W、450W、400W、350、200W、100W，背面辐照分别控制在100W、200W的条件下进行双面辐照的测试，得出不同的I-V曲线和性能参数；其中，背面辐照是调整好正面辐照后，支撑架的高度确定，再采用镜子反射氙灯模拟光源，通过调整镜子的角度，采用辐照计测试反射光的辐照强度，直至达到所需要的背面辐照强度，此时再放置双面电池片，即实现正面和背面的双面辐照；
24)选取与双面光伏组件相同辐照条件下测量得到的双面电池片的总电流，以及相同辐照条件且遮挡正面后的背板电流，根据式(1)计算得到增益R。
前述的步骤3)中，假设随着辐照比的变化，双面电池片的正面电压、背面电压和总电压相等，则双面光伏组件的背板电压与双面光伏组件总电压相等，能够通过测量得出；所述辐照比是指双面电池片背板辐照与正面辐照之比。
前述的步骤4)中，双面光伏组件的正面总辐照通过对水平测试辐照计算转化而来，反面总辐照通过在双面光伏组件背板底边的中间位置放置辐照计测量得到。
前述的步骤4)中，假设在相同辐照比的情况下，双面光伏组件与双面电池片的比例系数k相同，通过室内测量双面电池片的比例系数k得出相同辐照条件下双面光伏组件的比例系数k，具体方法为：
通过CS电化学工作站测量双面电池片在与双面光伏组件相同辐照条件下的总电流和总电压，进而计算出双面电池片的总功率Psum；
通过CS电化学工作站测量双面电池片在相同辐照条件下，且正面被遮挡的情况下的背板电压和背板电流，进而计算出双面电池片的背板功率Prear；
取该辐照条件下正、反两面的辐照和为Gsum，取该辐照条件下背板辐照为Grear；
根据式(4)计算得到比例系数k。
前述的双面电池片指的是156.75mm*156.75mm双面电池片。
本发明所达到的有益效果为：
本发明解决了双面光伏组件背板辐照测量的难题，为精确计算双面光伏组件的电性能参数提供了依据，对深入研究双面光伏组件电学模型有着十分重要的意义。
附图说明
图1为室内双面电池片I-V曲线测试装置示意图；
图2为双面光伏组件背板辐照计放置示意图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的计算双面光伏组件背板平均辐照的方法，包括以下步骤：
1)通过室内双面电池片的实验数据得出：随着辐照比的变化，双面电池片的正面电压、背面电压和总电压近似相等。本发明中认为三者相等。
表1辐照比与双面电池片电压变化关系
注：辐照比指的是双面电池片背板辐照与正面辐照之比
2)定义双面光伏组件总电流与背板电流关系如下：
Isum＝R×Irear (1)
其中，Isum为双面光伏组件总电流的实验测量值，Irear为双面光伏组件遮挡正面后的背板电流，R为总电流相对于背板电流的增益。
对于相同辐照条件下的双面电池片和由其串联组成的光伏组件，总电流相对于背板电流的增益近似相等。
双面电池片指的是：156.75mm*156.75mm双面电池片。
所以通过室内测量双面电池片的增益R可以得出相同辐照比下双面光伏组件的增益R，然后根据式(1)可计算出双面光伏组件的背板电流。
室内测量计算增益R的方法如下：
21)确定双面电池片的正面和背面
利用图1所示的实验装置，将双面电池片放在载物台上，将双面电池片的一面用背板遮挡，另一面在1000W的辐照条件下测试I-V曲线、性能参数。这里的1000W的辐照采用氙灯光源进行模拟，采用CS电化学工作站测试I-V曲线、性能参数。
测完一面之后，再将另一面遮住，同样在1000W的辐照条件下测试I-V曲线、性能参数。通过双面电池片两面功率的比较，将双面电池片输出功率大的一面定义为正面，并采集I-V曲线。
22)双面电池片单面辐照条件下的数据采集
调整载物架的高度，分别测试在辐照条件分别为700W、600W、400W、200W、100W下的双面电池片正、反两面的I-V曲线、性能参数，测试方法与步骤21)相同。
23)双面电池片双面辐照条件下的数据采集
在测试完单面辐照条件下的数据之后，将双面电池片的正面辐照控制在600W、500W、450W、400W、350、200W、100W，背面辐照分别控制在100W、200W的条件下进行双面辐照的同时测试，得出不同的I-V曲线、性能参数。其中，背面辐照是调整好正面辐照后，支撑架的高度确定，再采用镜子反射氙灯模拟光源，调整镜子的角度，采用辐照计测试反射光的辐照强度，直至达到所需要的背面辐照强度，此时再放置双面电池片，即可实现正面和背面的双面辐照。
24)选取与双面光伏组件相同辐照条件下测量得到的双面电池片的总电流，以及相同辐照条件且遮挡正面后的背板电流，根据式(1)计算得到增益R。
3)双面光伏组件的背板功率采用下式计算：
Prear＝Irear×Vrear (2)
其中，Prear为双面光伏组件的背板功率，Irear为双面光伏组件的背板电流，Vrear为双面光伏组件的背板电压。
双面光伏组件的背板电流Irear通过式(1)可以计算得到。
Vrear和双面光伏组件总电压近似相等，可通过测量得出。
4)辐照与功率的关系如下式所述：
也就是说，
其中，Grear为双面光伏组件的背板平均辐照，Psum为双面光伏组件的总功率，Gsum为双面光伏组件正、反面的总辐照，正面总辐照为通过对水平测试辐照计算转化而来，反面总辐照为在双面光伏组件背板放置辐照计，辐照计的放置如图2所示，为在双面光伏组件背板的底边的中间位置。
k为比例系数，在相同辐照比的情况下，双面光伏组件与双面电池片的比例系数k相同。可以通过图1所示的装置，计算双面电池片的比例系数k。计算方法为：
Gsum就是双面辐照的加和；Grear就是背板辐照；
通过CS电化学工作站可以测量得出：双面电池片的背板电流，双面电池片的背板电压，双面电池片的总电流，双面电池片的总电压，进而计算出Prear和Psum；
然后即可根据式(3)计算比例系数k。
由于双面电池组件与双面电池片的k相同，这样就将双面电池片与双面电池组件联系起来。
最终，就可以将双面电池组件的背板平均辐照计算出来。
实施例
取辐照比分别为0.1、0.2、0.3进行验证，计算结果如表1所示。
表1双面电池组件背板辐照对比值
图1为室内测试双面电池片的实验装置安装图。由氙灯模拟光源、点火器、电源、风扇、CS电化学工作站、载物架和热电堆辐照计等装置组成。
具体的，载物架包括底座，支撑架和载物台，支撑架为可高度调节伸缩架，载物台位于支撑架上方，用于放置双面电池片，通过调节支撑架的高度来调节载物台与氙灯模拟光源之间的距离，实现不同的辐照强度。氙灯模拟光源置于载物台的正上方，氙灯模拟光源连接点火器，点火器连接电源，双面电池片的输出端连接CS电化学工作站，用于测试双面电池片的I-V曲线和性能参数。
辐照强度的调整过程为，在没有放双面电池片的时候，将辐照计的感光部分放置在氙灯模拟光源下，调节辐照计的高度，直至达到想要的辐照，并调节支撑架到对应高度。
氙灯模拟光源的上方设有风扇，氙灯放电会形成高温，风扇用于降温。
本装置用来测试双面辐照下小电池的性能参数，为计算双面电池组件背板的平均辐照提供已知参数。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种计算双面光伏组件背板平均辐照的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)搭建室内测量双面电池片的实验装置，所述实验装置由氙灯模拟光源、点火器、电源、风扇、CS电化学工作站、载物架和热电堆辐照计组成；
所述载物架包括底座，支撑架和载物台，所述支撑架为可高度调节伸缩架，载物台位于支撑架上方，用于放置双面电池片，通过调节支撑架的高度来调节载物台与氙灯模拟光源之间的距离，实现不同的辐照强度；所述氙灯模拟光源置于载物台的正上方，用于模拟辐照；所述氙灯模拟光源连接点火器，点火器连接电源；所述CS电化学工作站连接双面电池片的输出端，用于测试双面电池片的I-V曲线和性能参数；
2)根据式(1)计算双面光伏组件的背板电流：
Isum＝R×Irear (1)
其中，Isum为双面光伏组件总电流，Irear为双面光伏组件遮挡正面后的背板电流，R为总电流相对于背板电流的增益；
3)根据式(2)计算双面光伏组件的背板功率：
Prear＝Irear×Vrear (2)
其中，Prear为双面光伏组件的背板功率，Vrear为双面光伏组件的背板电压；
4)根据式(4)计算双面光伏组件的背板平均辐照：
其中，Grear为双面光伏组件的背板平均辐照，Psum为双面光伏组件的总功率，Gsum为双面光伏组件正、反面的总辐照，k为比例系数。
2.根据权利要求1所述的一种计算双面光伏组件背板平均辐照的方法，其特征在于，所述辐照强度的调整过程为，在没有放双面电池片的时候，将热电堆辐照计的感光部分放置在氙灯模拟光源下，调节热电堆辐照计的高度，直至达到想要的辐照强度，然后调节支撑架到对应高度。
3.根据权利要求1所述的一种计算双面光伏组件背板平均辐照的方法，其特征在于，所述实验装置还包括风扇，所述风扇置于氙灯模拟光源的上方。
4.根据权利要求1所述的一种计算双面光伏组件背板平均辐照的方法，其特征在于，所述步骤2)中，假设相同辐照条件下的双面电池片和由其串联组成的光伏组件，总电流相对于背板电流的增益相等，通过室内测量双面电池片的增益R得出相同辐照条件下双面光伏组件的增益R，具体过程如下：
21)确定双面电池片的正面和背面，具体为，将双面电池片放在载物台上，将双面电池片的一面用背板遮挡，另一面在1000W的辐照条件下测试I-V曲线、性能参数；测量完一面之后，再将另一面遮住，同样在1000W的辐照条件下测试I-V曲线和性能参数；通过两面功率的比较，将双面电池片输出功率大的一面定义为正面，并采集I-V曲线；
22)对双面电池片单面辐照条件下的数据进行采集，具体为，调整载物架的高度，分别测试在辐照条件分别为700W、600W、400W、200W和100W下的双面电池片正、反两面的I-V曲线和性能参数；
23)对双面电池片双面辐照条件下的数据进行采集，具体为，将双面电池片的正面辐照控制在600W、500W、450W、400W、350、200W、100W，背面辐照分别控制在100W、200W的条件下进行双面辐照的测试，得出不同的I-V曲线和性能参数；其中，背面辐照是调整好正面辐照后，支撑架的高度确定，再采用镜子反射氙灯模拟光源，通过调整镜子的角度，采用辐照计测试反射光的辐照强度，直至达到所需要的背面辐照强度，此时再放置双面电池片，即实现正面和背面的双面辐照；
24)选取与双面光伏组件相同辐照条件下测量得到的双面电池片的总电流，以及相同辐照条件且遮挡正面后的背板电流，根据式(1)计算得到增益R。
5.根据权利要求1所述的一种计算双面光伏组件背板平均辐照的方法，其特征在于，所述步骤3)中，假设随着辐照比的变化，双面电池片的正面电压、背面电压和总电压相等，则双面光伏组件的背板电压与双面光伏组件总电压相等，能够通过测量得出；所述辐照比是指双面电池片背板辐照与正面辐照之比。
6.根据权利要求1所述的一种计算双面光伏组件背板平均辐照的方法，其特征在于，所述步骤4)中，双面光伏组件的正面总辐照通过对水平测试辐照计算转化而来，反面总辐照通过在双面光伏组件背板底边的中间位置放置辐照计测量得到。
7.根据权利要求1所述的一种计算双面光伏组件背板平均辐照的方法，其特征在于，所述步骤4)中，假设在相同辐照比的情况下，双面光伏组件与双面电池片的比例系数k相同，通过室内测量双面电池片的比例系数k得出相同辐照条件下双面光伏组件的比例系数k，具体方法为：
通过CS电化学工作站测量双面电池片在与双面光伏组件相同辐照条件下的总电流和总电压，进而计算出双面电池片的总功率Psum；
通过CS电化学工作站测量双面电池片在相同辐照条件下，且正面被遮挡的情况下的背板电压和背板电流，进而计算出双面电池片的背板功率Prear；
取该辐照条件下正、反两面的辐照和为Gsum，取该辐照条件下背板辐照为Grear；
根据式(4)计算得到比例系数k。
8.根据权利要求2、4、5或7所述的一种计算双面光伏组件背板平均辐照的方法，其特征在于，所述双面电池片指的是156.75mm*156.75mm双面电池片。
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