CN110457832A - 一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，根据能量守衡定律建立双玻双面光伏组件每一层的稳态热平衡公式；将所述双玻双面光伏组件每一层的稳态热平衡公式进行整合，得到以玻璃盖板温度，上层EVA温度，电池片温度，下层EVA温度和玻璃背板温度为未知量的方程组；根据所得到的方程组编写程序求解双玻双面光伏组件玻璃盖板温度，上层EVA温度，电池片温度，下层EVA温度和玻璃背板温度。通过环境条件参数准确计算组件各层材料温度，有利于评估组件在不同使用环境下的可靠性能与耐候性能。

Description

一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法

技术领域

本发明公开了一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，属于光伏组件发电技术领域。

背景技术

太阳能电池片的转换效率会随着工作温度的升高而降低，降低电池片产生的热量是改善组件性能的关键因素。双玻双面光伏组件成本与普通组件越来越接近，由于发电增益明显，尤其在高反射地区增益达20％以上，其相关技术引起了产业界与研究者们的广泛关注。不同电池片技术及组件设计都会对组件的散热性能有一定的影响，双玻双面组件主要是通过外界环境将太阳光线反射到组件背面从而加以利用，怎样准确计算双玻双面组件工作温度对评估双面组件设计与应用可行性十分重要。

评估双面组件工作温度最重要的是计算中心电池片的温度，因为电池片的温度直接影响组件的发电功率，而现有的多数方法均忽略组件内部温度差异，将组件看成温度一致的整体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，通过将组件各层进行拆分，建立各层的能量守恒方程，进而准确计算出双面组件包括电池在内的各层工作温度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，包括：

根据稳态条件下双玻双面光伏组件的能量守衡定律，建立双玻双面光伏组件每一层的稳态热平衡公式；

将所述双玻双面光伏组件每一层的稳态热平衡公式进行整合，得到以玻璃盖板温度，上层EVA温度，电池片温度，下层EVA温度和玻璃背板温度为未知量的方程组；

根据所得到的方程组编写程序求解双玻双面光伏组件玻璃盖板温度，上层EVA温度，电池片温度，下层EVA温度和玻璃背板温度。

进一步的，根据稳态条件下双玻双面光伏组件的能量守衡定律，建立双玻双面光伏组件每一层的稳态热平衡公式，包括：

玻璃盖板的稳态热平衡公式为：

I+R_cond＝R_fs+R_fg+R_fa+Iρ_f+Iτ_f

上层EVA的稳态热平衡公式为：

电池片的稳态热平衡公式为：

下层EVA的稳态热平衡公式为：

玻璃背板的稳态热平衡公式为：

其中，I为太阳辐射值，R_cond为玻璃盖板与上层EVA之间的热传导，ρ_f为玻璃盖板的反射率，τ_f为玻璃盖板的透射率，R_fs为玻璃盖板与天空之间的热辐射，R_fg为玻璃盖板与地面之间的热辐射，R_fa为玻璃盖板与空气之间的热对流，T_c为电池片温度，T_E1为上层EVA温度，R₂为上层EVA与电池片之间的热阻，ρ_E1为上层EVA的反射率，τ_E1为上层EVA的透射率，R₁为玻璃盖板与上层EVA之间的热阻，T_f为玻璃盖板温度，G_r1为双玻双面光伏组件背面接收到的总辐射，P为双玻双面光伏组件输出的功率，A为双玻双面光伏组件的表面积，T_E2为下层EVA温度，ρ_c为电池片的反射率，τ_b为玻璃背板的透射率，τ_E2为下层EVA的透射率，R₃为电池片与下层EVA之间的热阻，T_b为玻璃背板温度，R₄为下层EVA与玻璃背板之间的热阻，ρ_E2为下层EVA的反射率，ρ_b为玻璃背板的反射率，R_bs为玻璃背板与天空的辐射换热，R_bg为玻璃背板与地面的辐射换热，R_ba为玻璃背板与地面的对流换热。

进一步的，所述玻璃盖板与上层EVA之间的热传导计算如下：

进一步的，

所述玻璃盖板与天空之间的热辐射计算如下：

其中，σ为波兹曼常数，ε_f为玻璃盖板的发射率，ε_s为天空的发射率，T_f为玻璃盖板的温度，T_s为天空的温度，

F_fs为玻璃盖板与天空之间的角系数：

其中，θ为双玻双面光伏组件的安装角度；

所述玻璃盖板与地面之间的热辐射，计算如下：

其中，ε_g为地面的发射率，T_g为地面的温度，

F_fg为玻璃盖板与地面之间的角系数：

所述玻璃盖板与空气之间的热对流，计算如下：

R_fa＝h_fa(T_f-T_a)

其中，h_fa为玻璃盖板与空气之间的热对流系数，T_a为环境温度。

进一步的，

所述玻璃盖板与上层EVA之间的热阻，计算如下：

其中，δ_f为玻璃盖板的厚度，δ_E1为上层EVA的厚度，λ_f为玻璃盖板的导热系数，λ_E1为上层EVA的导热系数；

所述上层EVA与电池片之间的热阻，计算如下：

其中，δ_c为电池片的厚度，λ_c为电池片的导热系数；

所述电池片与下层EVA之间的热阻，计算如下：

其中，δ_E2为下层EVA的厚度，λ_E2为下层EVA的导热系数；

所述下层EVA与玻璃背板之间的热阻，计算如下：

其中，δ_b为玻璃背板的厚度，λ_b为玻璃背板的导热系数。

进一步的，通过视角系数法计算双玻双面光伏组件背面接收到的总辐射，计算如下：

每排双玻双面光伏组件背面收到的总辐射包括：

地面反射：

其中，G₁为地面对每排双面电池片背面的反射辐射度，ρ_g为地面反射率，DHI为水平散射辐照度，A₁为每排双面电池片地面阴影区域面积，A_n为每排双面电池片的面积，F₁为地面阴影区对每排双面电池片背面的视角系数，GHI为水平总辐照度，A₂为每排双面电池片地面非阴影区域面积，F₂为地面非阴影区对每排双面电池片背面的视角系数；

天空散射：

其中，G₂表示天空散射对每排双面电池片背面的辐射度，θ为双玻双面光伏组件的安装倾角；

以及后排组件反射天空散射：

其中，G₃表示后排双面电池片对前排双面电池片背面的辐射度，G_m为后排双面电池片表面接收到的辐照度，ρ_m为双玻双面光伏组件的反射率，A_m为后排双面电池片面积，F₃为后排双面电池片对前排双面电池片背面的视角系数；

每排双面电池片背面接收到的总辐照度为：G_r1＝G₁+G₂+G₃；

所有排数的双面电池片背面接收到的总辐照度之和即为整个双玻双面光伏组件背面收到的总辐射。

进一步的，

所述玻璃背板与天空的辐射换热，计算如下：

其中，ε_b为玻璃背板的发射率，

F_bs为玻璃背板与天空的角系数：

玻璃背板与地面的辐射换热，计算如下：

其中，F_bg为背板与地面的角系数：

玻璃背板与地面的对流换热，计算如下：

R_ba＝h_ba(T_b-T_a)

其中，h_ba为背板与空气的对流换热系数。

进一步的，所述天空的温度计算如下：

T_s＝0.0552T_a ^1.5。

进一步的，所述将所述双玻双面光伏组件每一层的稳态热平衡公式进行整合，得到以玻璃盖板温度，上层EVA温度，电池片温度，下层EVA温度和玻璃背板温度为未知量的方程组，包括：

进一步的，所述根据所得到的方程组编写程序求解双玻双面光伏组件玻璃盖板温度，上层EVA温度，电池片温度，下层EVA温度和玻璃背板温度，包括：

设：A₁＝σε_f，

D₂＝Iτ_f(τ_E1+ρ_E1-1)

D₃＝G_r1τ_b(τ_E2+ρ_E2-1)

A₅＝-σε_b，

得到：

A₂T_f+B₂T_E1+C₂T_c＝D₂

A₃T_E1+B₃T_E2+C₃T_c＝D₃

A₄T_c+B₄T_E2+C₄T_b＝D₄

运用matlab软件行求解以上的五元四次方程组，得到玻璃盖板温度T_f、上层EVA温度T_E1、电池片温度T_c、下层EVA温度T_E2和玻璃背板温度T_b；

Matlab程序如下：

本发明的优点在于，本发明运用视角系数法计算双面组件背面辐照强度，综合考虑双面组件正、反面的发电功率、热功率以及外部散热，并将组件各层进行拆分，建立各层的能量守恒方程，可达到根据环境因素、组件自身条件则能够准确计算出双面组件包括玻璃、电池、EVA、背板在内的各层的工作温度；通过环境条件参数准确计算组件各层材料温度，有利于评估组件在不同使用环境下的可靠性能与耐候性能。

通过该方法计算得到太阳电池的准确温度，根据电池温度系数可以计算组件实际工作条件下因为温度引起的功率与发电量损失，准确预测组件实际发电性能，为电站经济性分析，投资可行性评估等提供支撑。

附图说明

图1为本发明双玻双面光伏组件分层工作温度计算的原理图；

图2为视角系数求解示意图；

图3为双玻双面光伏组件玻璃盖板的能量守恒示意图；

图4为双玻双面光伏组件上层EVA的能量守恒示意图；

图5为双玻双面光伏组件中电池片的能量守恒示意图；

图6为双玻双面光伏组件下层EVA的能量守恒示意图；

图7为双玻双面光伏组件玻璃背板的能量守恒示意图；

图8为本发明实施例中双玻双面光伏组件安装示意图。

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。

本发明通过视角系数法，结合典型双面电池组件应用场景中地面反射率与组件间距，计算双面电池背面辐照；根据背面辐照，电池背面效率，吸收率与发射率，计算电池背面热功率；根据太阳辐照强度，电池正面效率，吸收率，反射率计算电池正面热功率；电池正、反面热功率和作为双玻双面光伏组件内热源功率，设定材料导热系数、对流换热系数、发射率，环境温度等，根据内部产生热量等于外部散热量的热平衡方程，建立热稳态模型，列出计算得到双面组件各层工作温度。

参见图1，本发明的基本原理如下：

组件内部热源：电池正(背)面功率＝正(背)面辐照-反射的辐照-发电功率。

正(背)面电池对光的吸收率与转化率直接影响发电功率。

组件外部散热：与环境的对流换热、辐射换热。

稳态时，组件内部热源与外部散失的热量相等。

组件整体的能量守恒方程为：

等式左边为组件内部热源，等式右边为外部散热。

其中，I为组件正面接收到的太阳辐射值，G_r1为组件背面接收到的总辐射，ρ_f为玻璃盖板的反射率，ρ_b为玻璃背板的反射率，R_fs为玻璃盖板与天空之间的热辐射，R_fg为玻璃盖板与地面之间的热辐射，R_fa为玻璃盖板与空气之间的热对流，R_bs为玻璃背板与天空的辐射换热，R_bg为玻璃背板与地面的辐射换热，R_ba为玻璃背板与地面的对流换热，A为组件的表面积，P包含两个部分，分别为组件正面发电功率和背面发电功率。

组件的正面热功率为：

组件的背面热功率为：

P1＝ηI

P2＝γG_r1

其中，P1为组件正面发电功率，P2为组件反面发电功率，η和γ均为光电转化效率，与电池吸收率有关。

本发明实施林的稳态条件下双玻双面光伏组件工作温度的计算方法，具体实施过程如下：

1、通过视角系数法计算双玻双面光伏组件背面辐照

双玻双面光伏组件背面辐照度模型分为视图因子模型和光线跟踪模拟两类。与射线跟踪仿真相比，视图因子模型的计算要求较低，所需参数较少，更易于计算。视图因子，也称为形状和配置因子，量化从一个表面反射到接收表面的辐射能的百分比。参见图2，用F_1→2表示平面1发出的辐射能中落到平面2的百分数，计算公式为：

其中，r是平面1与平面2之间的距离，A₁表示平面1，A₂表示平面2，与为平面1与平面2上的单元面积，θ₁为平面1法向量与连接和的线之间的角度，θ₂为平面2法向量与连接和的线之间的角度。

到达双玻双面光伏组件背面的辐射来自三个区域，即地面反射，天空散射以及后排组件反射天空散射，由于双玻双面光伏组件多为阵列安装，为了便于计算，本发明中，忽略水平方向上的影响，认为双玻双面光伏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，把双玻双面光伏组件进行多排划分。然后计算双玻双面光伏组件背面辐射：

地面反射：包括阴影区域和非阴影区域对每排双面电池片背面的反射辐射，表示为：

其中，G₁为地面对每排双面电池片背面的反射辐射度，单位(W/m²)，ρ_g为地面反射率，DHI为水平散射辐照度，单位(W/m²)，A₁为每排双面电池片地面阴影区域面积，单位(m²)；A_n为每排双面电池片的面积，单位(m²)，F₁为地面阴影区对每排双面电池片背面的视角系数，GHI为水平总辐照度，单位(W/m²)，A₂为每排双面电池片地面非阴影区域面积，单位(W/m²)，F₂为地面非阴影区对每排双面电池片背面的视角系数。

天空散射：目前，普遍用来计算倾斜面空中散射辐射分为天空各向同性模型和天空各向异性模型，由于天空各向同性模型容易理解，计算简单，在本发明中采用天空各向同性模型计算：

其中，G₂表示天空散射对每排双面电池片背面的辐射度，单位(W/m²)，θ为双玻双面光伏组件的安装倾角。

后排组件反射天空散射：

其中，G₃表示后排双面电池片对前排双面电池片背面的辐射度，单位(W/m²)，G_m为后排双面电池片表面接收到的辐照度，单位(W/m²)，_ρm为双玻双面光伏组件的反射率，A_m为后排双面电池片面积，单位(m²)，F₃为后排双面电池片对前排双面电池片背面的视角系数。

因此，每排双面电池片背面接收到的总辐照度为：

G_r1＝G₁+G₂+G₃ (5)

所有排数的双面电池片背面接收到的总辐照度之和即为整个双玻双面光伏组件背面接收到的总辐照度。

然而，r，θ₁和θ₂是取决于微分区域的变量，求解方程(1)十分复杂。由于光伏组件多为阵列安装，因此我们可以忽略水平方向上的影响，把光伏组件，地面阴影区和地面非阴影区假设为一个无限长(水平方向)的平面，分别计算视角系数F₁，F₂，F₃。

2、建立双玻双面光伏组件稳态传热模型

根据双玻双面光伏组件的传热机理将组件分为五个部分，由组件正面至背面依次为：玻璃盖板、上层EVA、电池片、下层EVA和玻璃背板。分析各层之间的传热机理，假设正、背面入射的太阳光均不穿透电池片且不考虑时间对温度的影响，即忽略温度的滞后性。基于这五个部分之间的热对流，热辐射和热传导，根据能量守衡定律，建立双玻双面光伏组件每一层的稳态热平衡公式。

2.1玻璃盖板的能量守恒模型

如图3所示，当太阳辐射照射到玻璃盖板面，会有一部分辐射被反射，一部分透射过玻璃进入下层EVA，同时玻璃盖板会和天空、地面存在一定的辐射换热，会和空气产生对流换热，也会和上层EVA存在热传导。根据能量守恒定律，进入玻璃盖板的能量等于出去的能量，可以列出玻璃盖板的能量守恒公式：

I+R_cond＝R_fs+R_fg+R_fa+Iρ_f+Iτ_f (6)

其中，I为太阳辐射值，单位(W/m²)，ρ_f为玻璃盖板的反射率，τ_f为玻璃盖板的透射率，R_cond为玻璃盖板与上层EVA之间的热传导，单位(W/m²)。

其中，T_E1为上层EVA的温度，单位(K)，T_f为玻璃盖板的温度，单位(K)，R₁为玻璃盖板与上层EVA之间的热阻，单位(K/W)：

其中，δ_f为玻璃盖板的厚度，单位(m)，δ_E1为上层EVA的厚度，单位(m)，λ_f为玻璃盖板的导热系数，单位(W/m·K)，λ_E1为上层EVA的导热系数，单位(W/m·K)。

R_fs为玻璃盖板与天空之间的热辐射，单位(W/m²)：

其中，σ为波兹曼常数，ε_f为玻璃盖板的发射率，ε_s为天空的发射率，T_f为玻璃盖板的温度，单位(K)，T_s为天空的温度，单位(K)，

F_fs为玻璃盖板与天空之间的角系数：

其中，θ为双玻双面光伏组件的安装角度。

R_fg为玻璃盖板与地面之间的热辐射，单位(W/m²)：

其中，ε_g为地面的发射率，T_g为地面的温度，单位(K)，

F_fg为玻璃盖板与地面之间的角系数：

R_fa为玻璃盖板与空气之间的热对流，单位(W/m²)：

R_fa＝h_fa(T_f-T_a) (13)

其中，h_fa为玻璃盖板与空气之间的热对流系数，单位(W/m²·K)，T_a为环境温度，单位(℃)。

2.2上层EVA的能量守恒模型

如图4所示，对于上层EVA，进入的能量有到达它的辐射，即透射过玻璃盖板的辐射以及与电池片的热传导，出去的能量有被上层EVA反射的辐射，与玻璃盖板的热传导，透过上层EVA的辐射。根据能量守恒定律，进入上层EVA的能量等于出去的能量，可以列出上层EVA的能量守恒公式：

其中，T_c为电池片的温度，单位(K)，ρ_E1为上层EVA的反射率，τ_E1为上层EVA的透射率，T_E1为上层EVA的温度，

R₂为上层EVA与电池片之间的热阻，单位(K/W)：

其中，δ_c为电池片的厚度，单位(m)，λ_c为电池片的导热系数，单位(W/m·K)。

2.3电池片的能量守恒模型

如图5所示，对于电池片，进入的能量有从正、背面入射到达它的辐射，即透射过EVA的辐射，出去的能量有输出的电能、被反射的辐射、与上层EVA的热传导以及与下层EVA的热传导，根据能量守恒定律，可以列出电池片的能量守恒公式：

其中，T_E2为下层EVA的温度，单位(K)，ρ_c为电池片的反射率，τ_b为玻璃背板的透射率，τ_E2为下层EVA的透射率，G_r1为从双玻双面光伏组件背面收到的总辐射，单位(K/W)，P为电池片输出的功率，单位(W)，A为双玻双面光伏组件的表面积，单位(m²)，

R₃为电池片与下层EVA之间的热阻，单位(K/W)：

其中，δ_E2为下层EVA的厚度，单位(m)，λ_E2为下层EVA的导热系数，单位(W/m·K)。

2.4下层EVA的能量守恒模型

如图6所示，对于下层EVA，进入的能量有与电池片的热传导和从背面入射到达下层EVA的辐射，出去的能量有与玻璃背板的热传导、反射的辐射和透射的辐射，根据能量守恒定律，可以列出下层EVA的能量守恒公式：

其中，ρ_E2为下层EVA的反射率，T_b为背板的温度，单位(K)，

R₄为下层EVA与背板之间的热阻，单位(K/W)：

其中，δ_b为背板的厚度，单位(m)，λ_b为背板的导热系数，单位(W/m·K)。

2.5玻璃背板的能量守恒模型

如图7所示，对于玻璃背板，进入的能量有与下层EVA的热传导和从背板入射的辐射，出去的能量有与天空的辐射换热、与地面的辐射换热、与空气的对流换热、被反射的太阳辐照和透射的太阳辐射，根据能量守恒定律，可以列出玻璃背板的能量守恒公式：

其中，ρ_b为玻璃背板的反射率，

R_bs为玻璃背板与天空的辐射换热，单位(W/m²)：

其中，ε_b为背板的发射率，

F_bs为背板与天空的角系数：

R_bg为玻璃背板与地面的辐射换热，单位(W/m²)，

其中，F_bg为背板与地面的角系数：

R_ba为玻璃背板与地面的对流换热，单位(W/m²)：

R_ba＝h_ba(T_b-T_a) (25)

其中，h_ba为背板与空气的对流换热系数，单位(W/m²·K)。

将式(6)-(25)整理合并后得到双玻双面光伏组件稳态传热模型式(26)-(30)：

3、根据双玻双面光伏组件稳态传热模型计算双玻双面光伏组件各层工作温度

设：A₁＝σε_f，

D₂＝Iτ_f(τ_E1+ρ_E1-1)

D₃＝G_r1τ_b(τ_E2+ρ_E2-1)

A₅＝-σε_b，

以上系数和常数项均可根据实际的组件安装情况、辐照强度、风速和组件阵列数目计算得到，得到：

A₂T_f+B₂T_E1+C₂T_c＝D₂ (32)

A₃T_E1+B₃T_E2+C₃T_c＝D₃ (33)

A₄T_c+B₄T_E2+C₄T_b＝D₄ (34)

运用matlab软件行求解以上的五元四次方程组，可得到玻璃盖板温度T_f、上层EVA温度T_E1、电池片温度T_c、下层EVA温度T_E2和玻璃背板温度T_b。

Matlab程序如下：

实施例

双玻双面光伏组件在户外工作条件下的二维结构示意图如图8所示，组件安装倾角θ为37.5°，组件末端距离地面的距离0.6m。以环境参数：总辐照强度I800W/m²，环境温度T_a20℃，地面温度T_g为30℃，风速1m/s的工作环境为例，计算组件各层材料的工作温度。

假设每排仅放置单一的光伏组件(仅用于简化计算，不影响实施过程)，每排之间间隔1m。

组件的基本参数如下：组件长度1.954m、组件宽度0.986m、组件表面积A为1.927m²、玻璃盖板的发射率ε_f为0.85、玻璃背板的发射率ε_b为0.85、天空的发射率ε_s为0.85、地面的发射率ε_g为0.88，组件标称输出功率P为320W。

采用视角系数法计算背面的辐照强度：设置地面反射率ρ_g为0.5，水平散射辐照强度为水平总辐射强度的15％(DHI为15％*800＝120)阴影区面积A₁与非阴影区面积A₂均设为1m²，后排双面电池片表面接收到的辐照度为800W/m²。则地面阴影区与非阴影区对玻璃背板的视图因子F₁、F₂均为0.53。后派组件与前排组件除安装位置外，其余均一致，前后排间距1.5m。组件整体的反射率ρ_m为0.165，后排双面电池对前排双面电池的视角系数根据公式1计算得0.85。则：

G_r1＝126.52+7.9+112.33＝246.75

组件各层的导热系数以及厚度设置如表1所示。

表1各层参数设置

根据上表可得：

玻璃盖板与上层EVA之间的热阻R₁为：2.38×10^-3K/W；

上层EVA与电池片之间的热阻R₂为：7.85×10^-4K/W；

电池片与下层EVA之间的热阻R₃为：7.31×10^-4K/W；

下层EVA与玻璃背板之间的热阻R₄为：1.73×10^-3K/W。

光伏组件的对流换热可以分为两种形式，一种是强制对流换热，一种是自然对流换热。强制对流换热主要是因为组件上表面和下表面有风经过从而引起的空气流动产生的热量的传动，自然对流换热主要是因为组件上下表面温度分布不均匀从而引起的热量的传动。用自然对流换热系数和强制对流换热系数两者中的最大值作为组件对流换热系数。在风速大于1m/s时，强制对流换热系数大于自然对流换热系数，而风速小于1m/s时，自然对流换热系数大于强制对流换热系数。此次将强制对流换热系数作为组件上下表面的对流换热系数。光伏组件的强制对流换热公式如式(36)

h_fa＝5.7+3.8v (36)

玻璃背板的对流换热系数为玻璃盖板面的一半，风速v＝1m/s，则组件上下表面的对流换热系数如表2所示：

表2对流换热系数

光伏组件的辐射换热主要分为两个部分，一个是组件上表面即玻璃面与天空之间的辐射换热，另一个就是组件下表面即背板面与地面之间的辐射换热。天空的温度计算公式为：

T_s＝0.0552T_a ^1.5 (37)

则当环境温度为20℃时，天空温度为5℃。

在计算组件各层实际吸收的太阳辐射能时，需考虑材料的吸收率、透射率和反射率，其具体数值如表3所示，

表3各层的吸收率、透射率与反射率表

本发明实施例中，玻璃背板的透射率和反射率取一样的，上层EVA和下层EVA的透射率和反射率取一样的。

将以上数值及计算结果带入式(31)-(35)，则可以方程的系数如表4所示：

表4方程组系数

运用matlab求解solve函数即可得到组件各层温度。

玻璃盖板温度T_f为316.06K、上层EVA温度T_E1为317.00K、电池片温度T_c为317.29K、下层EVA温度T_E2为317.16K、玻璃背板温度T_b为316.86K。

该实施例仅做参考，具体实施过程中的参数细节以实际情况为准。

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 (10)

1.一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，其特征在于，包括：

根据稳态条件下双玻双面光伏组件的能量守衡定律，建立双玻双面光伏组件每一层的稳态热平衡公式；

将所述双玻双面光伏组件每一层的稳态热平衡公式进行整合，得到以玻璃盖板温度，上层EVA温度，电池片温度，下层EVA温度和玻璃背板温度为未知量的方程组；

根据所得到的方程组编写程序求解双玻双面光伏组件玻璃盖板温度，上层EVA温度，电池片温度，下层EVA温度和玻璃背板温度。

2.根据权利要求1所述的一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，其特征在于，根据稳态条件下双玻双面光伏组件的能量守衡定律，建立双玻双面光伏组件每一层的稳态热平衡公式，包括：

玻璃盖板的稳态热平衡公式为：

I+R_cond＝R_fs+R_fg+R_fa+Iρ_f+Iτ_f

上层EVA的稳态热平衡公式为：

电池片的稳态热平衡公式为：

下层EVA的稳态热平衡公式为：

玻璃背板的稳态热平衡公式为：

其中，I为太阳辐射值，R_cond为玻璃盖板与上层EVA之间的热传导，ρ_f为玻璃盖板的反射率，τ_f为玻璃盖板的透射率，R_fs为玻璃盖板与天空之间的热辐射，R_fg为玻璃盖板与地面之间的热辐射，R_fa为玻璃盖板与空气之间的热对流，T_c为电池片温度，T_E1为上层EVA温度，R₂为上层EVA与电池片之间的热阻，ρ_E1为上层EVA的反射率，τ_E1为上层EVA的透射率，R₁为玻璃盖板与上层EVA之间的热阻，T_f为玻璃盖板温度，G_r1为双玻双面光伏组件背面接收到的总辐射，P为双玻双面光伏组件输出的功率，A为双玻双面光伏组件的表面积，T_E2为下层EVA温度，ρ_c为电池片的反射率，τ_b为玻璃背板的透射率，τ_E2为下层EVA的透射率，R₃为电池片与下层EVA之间的热阻，T_b为玻璃背板温度，R₄为下层EVA与玻璃背板之间的热阻，ρ_E2为下层EVA的反射率，p_b为玻璃背板的反射率，R_bs为玻璃背板与天空的辐射换热，R_bg为玻璃背板与地面的辐射换热，R_ba为玻璃背板与地面的对流换热。

3.根据权利要求2所述的一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，其特征在于，所述玻璃盖板与上层EVA之间的热传导计算如下：

4.根据权利要求2所述的一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，其特征在于，

所述玻璃盖板与天空之间的热辐射计算如下：

其中，σ为波兹曼常数，ε_f为玻璃盖板的发射率，ε_s为天空的发射率，T_f为玻璃盖板的温度，T_s为天空的温度，

F_fs为玻璃盖板与天空之间的角系数：

其中，θ为双玻双面光伏组件的安装角度；

所述玻璃盖板与地面之间的热辐射，计算如下：

其中，ε_g为地面的发射率，T_g为地面的温度，

F_fg为玻璃盖板与地面之间的角系数：

所述玻璃盖板与空气之间的热对流，计算如下：

R_fa＝h_fa(T_f-T_a)

其中，h_fa为玻璃盖板与空气之间的热对流系数，T_a为环境温度。

5.根据权利要求2所述的一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，其特征在于，

所述玻璃盖板与上层EVA之间的热阻，计算如下：

其中，δ_f为玻璃盖板的厚度，δ_E1为上层EVA的厚度，λ_f为玻璃盖板的导热系数，λ_E1为上层EVA的导热系数；

所述上层EVA与电池片之间的热阻，计算如下：

其中，δ_c为电池片的厚度，λ_c为电池片的导热系数；

所述电池片与下层EVA之间的热阻，计算如下：

其中，δ_E2为下层EVA的厚度，λ_E2为下层EVA的导热系数；

所述下层EVA与玻璃背板之间的热阻，计算如下：

其中，δ_b为玻璃背板的厚度，λ_b为玻璃背板的导热系数。

6.根据权利要求2所述的一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，其特征在于，通过视角系数法计算双玻双面光伏组件背面接收到的总辐射，计算如下：

每排双玻双面光伏组件背面收到的总辐射包括：

地面反射：

其中，G₁为地面对每排双面电池片背面的反射辐射度，ρ_g为地面反射率，DHI为水平散射辐照度，A₁为每排双面电池片地面阴影区域面积，A_n为每排双面电池片的面积，F₁为地面阴影区对每排双面电池片背面的视角系数，GHI为水平总辐照度，A₂为每排双面电池片地面非阴影区域面积，F₂为地面非阴影区对每排双面电池片背面的视角系数；

天空散射：

其中，G₂表示天空散射对每排双面电池片背面的辐射度，θ为双玻双面光伏组件的安装倾角；

以及后排组件反射天空散射：

其中，G₃表示后排双面电池片对前排双面电池片背面的辐射度，G_m为后排双面电池片表面接收到的辐照度，ρ_m为双玻双面光伏组件的反射率，A_m为后排双面电池片面积，F₃为后排双面电池片对前排双面电池片背面的视角系数；

每排双面电池片背面接收到的总辐照度为：G_ri＝G₁+G₂+G₃；

所有排数的双面电池片背面接收到的总辐照度之和即为整个双玻双面光伏组件背面收到的总辐射。

7.根据权利要求4所述的一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，其特征在于，

所述玻璃背板与天空的辐射换热，计算如下：

其中，ε_b为玻璃背板的发射率，

F_bs为玻璃背板与天空的角系数：

玻璃背板与地面的辐射换热，计算如下：

其中，T_bg为背板与地面的角系数：

玻璃背板与地面的对流换热，计算如下：

R_ba＝h_Da(T_b-T_a)

其中，h_ba为背板与空气的对流换热系数。

8.根据权利要求4所述的一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，其特征在于，所述天空的温度计算如下：

T_s＝0.0552T_a ^1.5。

9.根据权利要求4所述的一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，其特征在于，所述将所述双玻双面光伏组件每一层的稳态热平衡公式进行整合，得到以玻璃盖板温度，上层EVA温度，电池片温度，下层EVA温度和玻璃背板温度为未知量的方程组，包括：

10.根据权利要求9所述的一种稳态条件下双玻双面光伏组件各层温度的计算方法，其特征在于，所述根据所得到的方程组编写程序求解双玻双面光伏组件玻璃盖板温度，上层EVA温度，电池片温度，下层EVA温度和玻璃背板温度，包括：

设：A₁＝σε_f，

D₂＝Iτ_f(τ_E1+ρ_E1-1)

D₃＝G_r1τ_b(τ_E2+ρ_E2-1)

A₅＝-σε_b，

得到：

A₂T_f+B₂T_E1+c₂T_c＝D₂

A₃T_E1+B₃T_E2+C₃T_c＝D₃

A₄T_c+B₄T_E2+C₄T_b＝D₄

运用matlab软件行求解以上的五元四次方程组，得到玻璃盖板温度T_f、上层EVA温度T_E1、电池片温度T_c、下层EVA温度T_E2和玻璃背板温度T_b；

Matlab程序如下：