CN110113003B - 一种计算双面光伏组件背面辐照不均匀度的方法 - Google Patents

一种计算双面光伏组件背面辐照不均匀度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种计算双面光伏组件背面辐照不均匀度的方法，包括以下步骤：（1）以每排电池片为一个计算单元划分双面组件；（2）计算地面到达每排电池片背面的反射辐射；（3）计算天空散射到达每排电池片背面的辐射；（4）计算双面光伏组件正面的辐照度；（5）计算后排组件到达每排电池片背面的辐射；（6）将地面到达每排电池片背面的反射辐射，天空散射到达每排电池片背面的辐射和后排双面光伏组件到达每排电池片背面的辐射相加即得到每排电池片背面的总辐照。本发明可以得到不同安装环境下双面组件背面的辐照分布，对计算和评估双面光伏组件的发电性能起到指导性的作用。

Description

一种计算双面光伏组件背面辐照不均匀度的方法
技术领域
本发明涉及一种计算双面光伏组件背面辐照不均匀度的方法，属于太阳能光伏系统应用技术领域。
背景技术
与单面光伏组件相比，双面组件的发电能力更大，特别是在高反照率的情况下，双面组件的功率输出有显著增加，但由于双面光伏组件是靠背面收集光照来提升自身发电量，所以背面辐照分布的影响会严重影响双面组件的发电功率。
目前，由于组件背面辐照度受不同安装条件，不同环境的影响，如何确定双面光伏组件背面辐照分布已经成为一个重要问题；无论是太阳辐照的变化，还是所处时间的变化，双面光伏组件背面的辐照度分布都会受到影响，从而影响双面组件的发电性能。所以，光伏电站急需要一种可以有效计算双面光伏组件背面辐照不均匀度的方法。
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，提供一种可以有效计算双面光伏组件背面辐照不均匀度的方法，根据组件基本安装条件和水平辐射，即可计算不同时刻下双面光伏组件背面辐照的不均匀分布。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种计算双面光伏组件背面辐照不均匀度的方法，包括以下步骤：
1)以每排电池片为一个单元，将双面光伏组件进行多排划分；
2)计算地面到达每排电池片背面的反射辐射；
3)计算天空散射到达每排电池片背面的辐射；
4)计算双面光伏组件正面的辐照度；
5)计算后排双面光伏组件到达每排电池片背面的辐射；
6)将地面到达每排电池片背面的反射辐射，天空散射到达每排电池片背面的辐射和后排双面光伏组件到达每排电池片背面的辐射相加即得到每排电池片背面的总辐照。
前述的步骤2)中，地面到达每排电池片背面的反射辐射计算如下：
首先计算地面阴影区到达每排电池片背面的辐照度：
Figure BDA0002066888270000011
其中，G1为地面阴影区发射到每排电池片背面的辐照度，ρg为地面反射率，DHI为水平散射照度，A1为地面阴影区域面积，An为每排电池片的面积，F1地面阴影区与每排电池片的辐射角系数；
其次计算地面非阴影区到达每排电池片背面的辐照度：
Figure BDA0002066888270000012
其中，G2为地面非阴影区发射到每排电池片背面的辐照度，GHI为水平总辐照度，A2为地面非阴影区域面积，F2地面非阴影区与每排电池片的辐射角系数；
地面阴影区和地面非阴影区到达每排电池片背面的辐照度之和即为地面到达每排电池片背面的反射辐射。
前述的辐射角系数F1和F2利用交叉线法计算，如下：
Figure BDA0002066888270000021
Figure BDA0002066888270000022
其中，S1为由每排电池片断面与地面阴影区断面构成的四边形的交叉线之和，S2为由每排电池片断面与地面阴影区断面构成的四边形的不交叉线之和，L1地面阴影区断面长度，S3为由每排电池片断面与地面非阴影区断面构成的四边形的交叉线之和，S4为由每排电池片断面与地面非阴影区断面构成的四边形的不交叉线之和，L2地面非阴影区断面长度。
前述的步骤3)中，天空散射到达每排电池片背面的辐射采用天空各向同性模型计算如下：
Figure BDA0002066888270000023
其中，G3为天空散射到达每排电池片背面的辐照度，β为双面光伏组件的安装倾角。
前述的步骤4)中，双面光伏组件正面的辐照度计算如下：
Figure BDA0002066888270000024
其中，Gm为双面光伏组件正面的辐照度，DHI为水平散射照度，GHI为水平总辐照度，ρ是地表反射系数，Rb为倾斜面上直接辐射与水平面直接辐射比，
对于北半球：
Figure BDA0002066888270000025
对于南半球：
Figure BDA0002066888270000026
其中，φ为当地纬度，δ为太阳赤纬角，ω为时角。
前述的地表反射系数的取值为：气温在0℃以上取0.2，气温低于-5℃取0.7，在两者间，按线性取值。
前述的步骤5)中，后排双面光伏组件到达每排电池片背面的辐射计算如下：
Figure BDA0002066888270000027
其中，G4为后排双面光伏组件到达每排电池片背面的辐照度，ρm为双面光伏组件的反射率，Am为后排双面光伏组件面积，F3为后排双面光伏组件与每排电池片的辐射角系数。
本发明所达到的有益效果为：
通过本发明中模型，可以利用组件基本安装条件和水平辐射，计算得到不同时刻下双面光伏组件背面辐照的不均匀分布，从而对计算和评估双面组件和电站的发电性能起到指导性的意义。
附图说明
图1为光伏组件阵列安装图；
图2为本发明中双面光伏组件按排划分的示意图；(a)为横装组件，(b)为竖装组件；
图3为本发明中第一排电池片与地面阴影区和非阴影区辐射角系数的计算示意图；
图4为本发明实施例中模拟得到的每排电池片背面辐照分布。
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。
本发明提供一种计算双面光伏组件背面辐照不均匀度的方法，包括以下几个部分：
1、以每排电池片为一个计算单元划分双面组件
由于光伏组件多为阵列安装，如图1所示，因此我们可以忽略水平方向上的影响，认为双面组件背面辐照的不均匀度只发生在垂直方向上，则本发明以水平方向上每排电池片为一个单元进行建模计算，把双面光伏组件进行多排划分，如下图2所示，横排安装组件可划分为6排，竖排安装组件可划分为10排。
2、计算地面到达每排电池片背面的反射辐射
地面到达每排电池片背面的反射辐射包括地面阴影区的辐射和地面非阴影区的辐射，
首先计算地面阴影区的辐射，具体计算公式如下：
Figure BDA0002066888270000031
其中：G1为地面阴影区发射到电池片背面的辐照度；ρg为地面反射率；DHI为水平散射照度；A1为地面阴影区域面积；An为每排电池片的面积；F1地面阴影区与每排电池片的辐射角系数。
其次计算地面非阴影区的辐射，具体计算公式如下：
Figure BDA0002066888270000032
其中：G2为地面非阴影区发射到电池片背面的辐照度；GHI为水平总辐照度；A2为地面非阴影区域面积；F2地面非阴影区与每排电池片的辐射角系数。
辐射角系数F1和F2可利用交叉线法计算，如图3为第一排电池片与地面阴影区和非阴影区辐射角系数的计算示意图，具体计算公式如下：
Figure BDA0002066888270000033
Figure BDA0002066888270000034
其中：S1为四边形(由每排电池片断面与地面阴影区断面构成)的交叉线之和，即图3中线段ad和cb之和；S2为四边形(由每排电池片断面与地面阴影区断面构成)的不交叉线之和，即图3中线段ac和bd之和；L1地面阴影区断面长度，即图3中线段ab；S3为四边形(由每排电池片断面与地面非阴影区断面构成)的交叉线之和，即图3中线段bd和ce之和；S4为四边形(由每排电池片断面与地面非阴影区断面构成)的不交叉线之和，即图3中线段bc和de之和；L2地面非阴影区断面长度，即图3中线段be。
3、计算天空散射到达每排电池片背面的辐射
用天空各向同性模型计算天空散射到达每排电池片背面的辐射，计算公式如下：
Figure BDA0002066888270000041
其中：β为双面组件的安装倾角。
4、计算组件正面的辐照度，具体公式如下：
Figure BDA0002066888270000042
其中，ρ是地表反射系数，气温在0℃以上取0.2，气温低于-5℃取0.7，在两者间，按线性取值；Rb为倾斜面上直接辐射与水平面直接辐射比。
其中，对于北半球：
Figure BDA0002066888270000043
对于南半球：
Figure BDA0002066888270000044
其中，φ为当地纬度；δ为太阳赤纬角；ω为时角。
5、计算后排组件到达每排电池片背面的辐射
Figure BDA0002066888270000045
其中，Gm为后排组件正面接收到的辐照度；ρm为组件的反射率；Am为后排组件面积；F3为后排组件与每排电池片的辐射角系数，可用上步骤2中计算F1和F2的交叉线法计算。
6、得到每排电池片背面的总辐照
Grear＝G1+G2+G3+G4 (10)
依据上述公式，即可求出每排电池片背面的总辐照度，从而得到双面组件的背面辐照分布。
按以上步骤我们即可得到不同时刻下双面光伏组件背面辐照的不均匀分布。
为了验证本发明方法的可行性，对常州地区2019年3月20日横装双面光伏组件的背面辐照分布进行模拟和仿真，组件工作环境参数如下表1所示，模拟得到的每排电池片背面辐照分布如下图4所示。
表1组件工作环境参数
Figure BDA0002066888270000046
本发明适用于不同条件下双面光伏组件的背面辐照分布计算，模拟和仿真的结果反映了本发明的参考价值及适用性。
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 (3)

1.一种计算双面光伏组件背面辐照不均匀度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)以每排电池片为一个单元，将双面光伏组件进行多排划分；
2)计算地面到达每排电池片背面的反射辐射；计算如下：
首先计算地面阴影区到达每排电池片背面的辐照度：
Figure FDA0002340625450000011
其中，G1为地面阴影区发射到每排电池片背面的辐照度，ρg为地面反射率，DHI为水平散射辐照度，A1为地面阴影区域面积，An为每排电池片的面积，F1地面阴影区与每排电池片的辐射角系数；
其次计算地面非阴影区到达每排电池片背面的辐照度：
Figure FDA0002340625450000012
其中，G2为地面非阴影区发射到每排电池片背面的辐照度，GHI为水平总辐照度，A2为地面非阴影区域面积，F2地面非阴影区与每排电池片的辐射角系数；
地面阴影区和地面非阴影区到达每排电池片背面的辐照度之和即为地面到达每排电池片背面的反射辐射；
3)计算天空散射到达每排电池片背面的辐射；采用天空各向同性模型计算如下：
Figure FDA0002340625450000013
其中，G3为天空散射到达每排电池片背面的辐照度，β为双面光伏组件的安装倾角；
4)计算双面光伏组件正面的辐照度；计算如下：
Figure FDA0002340625450000014
其中，Gm为双面光伏组件正面的辐照度，DHI为水平散射照度，GHI为水平总辐照度，ρ是地表反射系数，Rb为倾斜面上直接辐射与水平面直接辐射比，
对于北半球：
Figure FDA0002340625450000015
对于南半球：
Figure FDA0002340625450000016
其中，φ为当地纬度，δ为太阳赤纬角，ω为时角；
5)计算后排双面光伏组件到达每排电池片背面的辐射；计算如下：
Figure FDA0002340625450000017
其中，G4为后排双面光伏组件到达每排电池片背面的辐照度，ρm为双面光伏组件的反射率，Am为后排双面光伏组件面积，F3为后排双面光伏组件与每排电池片的辐射角系数；
6)将地面到达每排电池片背面的反射辐射，天空散射到达每排电池片背面的辐射和后排双面光伏组件到达每排电池片背面的辐射相加即得到每排电池片背面的总辐照。
2.根据权利要求1所述的一种计算双面光伏组件背面辐照不均匀度的方法，其特征在于，所述辐射角系数F1和F2利用交叉线法计算，如下：
Figure FDA0002340625450000021
Figure FDA0002340625450000022
其中，S1为由每排电池片断面与地面阴影区断面构成的四边形的交叉线之和，S2为由每排电池片断面与地面阴影区断面构成的四边形的不交叉线之和，L1为地面阴影区断面长度，S3为由每排电池片断面与地面非阴影区断面构成的四边形的交叉线之和，S4为由每排电池片断面与地面非阴影区断面构成的四边形的不交叉线之和，L2为地面非阴影区断面长度。
3.根据权利要求1所述的一种计算双面光伏组件背面辐照不均匀度的方法，其特征在于，所述地表反射系数的取值为：气温在0℃以上取0.2，气温低于-5℃取0.7，在两者间，按线性取值。
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