CN113158129A - 一种计算双面光伏组件背面发电增益率的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种计算双面光伏组件背面发电增益率的方法及系统，该方法包括：根据视角因子Fv和天空散射量Ds，计算双面光伏组件背面接收的天空散射光G1；并根据地面接收辐射量Ig、地面覆盖率GCR、双面光伏组件背面有效直射量Beff，以及地面反射率Ag、计算双面光伏组件背面接收的反射光G2；获取双面光伏组件背面有效辐射率L；根据天空散射光G1、背面接收的反射光G2、双面光伏组件背面有效辐射率L、以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff，计算双面光伏组件背面发电增益率。本发明的技术方案，为准确地估计光伏系统在某一位置的功率输出或年能量输出提供依据。

Description

一种计算双面光伏组件背面发电增益率的方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源光伏发电技术领域，尤其涉及一种计算双面光伏组件背面发电增益率的方法及系统。
背景技术
与单面光伏组件相比，双面光伏组件的发电能力更大，特别是在高反射率的情况下，双面光伏组件的功率输出有显著增加。双面光伏组件除正面可以收集光照外，其背面对收集光照、提升自身发电量有也具有重要作用。
传统单面组件的发电预估可以通过组件表面接收辐射量、光线入射角度、组件转换效率、组件温度进行测算。然而，双面光伏组件由于背面辐照不均匀、安装支架遮挡等导致的组件间电池电流失配，从而造成一定的功率损失。
而新型的双面组件是一种正面和背面都能发电的新型组件，组件的正面发电可以通过常规方法预估，而对于组件的背面发电增益率目前缺少研究。因此，怎样准确计算双面组件背面发电增益率，从而进一步准确地估计光伏系统在某一位置的功率输出或年能量输出，是亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是对于组件的背面发电增益率目前缺少研究，从而无法进一步准确地估计光伏系统在某一位置的功率输出或年能量输出。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种计算双面光伏组件背面发电增益率的方法，包括通过辐射仪器测量出天空散射量Ds、地面接收辐射量Ig、双面光伏组件背面有效直射量Beff、以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff；根据视角因子Fv和天空散射量Ds，计算双面光伏组件背面接收的天空散射光G1；获取地面覆盖率GCR；并根据地面接收辐射量Ig、地面覆盖率GCR、双面光伏组件背面有效直射量Beff，以及地面反射率Ag、计算双面光伏组件背面接收的反射光G2；获取双面光伏组件背面有效辐射率L；根据天空散射光G1、背面接收的反射光G2、双面光伏组件背面有效辐射率L、以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff，计算双面光伏组件背面发电增益率。
可选地，基于下述公式(1)计算双面光伏组件背面接收的天空散射光G1：
G1＝Fv×(1+Ds) (1)
其中，视角因子Fv为有效到达两面光伏组件背面的光在全部方向上的积分，Ds为天空散射量。
可选地基于下述公式(2)计算双面光伏组件背面接收的反射光G2：
Figure BDA0002968214860000021
其中，Ig为地面接收辐射量，GCR为地面覆盖率，Ag为地面反射率，Beff为双面光伏组件背面有效直射量。
可选地，基于下述公式(3)计算双面光伏组件的背面有效辐射率L：
L＝(1-S) (3)
其中，S为双面光伏组件背面阴影遮挡率。
可选地，基于下述公式(4)计算双面光伏组件背面发电增益率Gain％：
Figure BDA0002968214860000022
其中，G1为双面光伏组件背面接收的天空散射光,G2为双面光伏组件背面接收的反射光G2，L为双面光伏组件的背面有效辐射率L，Ieff为双面组件正面接收的有效辐射量。
本发明实施例还提供一种计算双面光伏组件背面发电增益率的系统，包括：测量模块，用于通过辐射仪器测量出天空散射量Ds、地面接收辐射量Ig、双面光伏组件背面有效直射量Beff、以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff；测量模块，用于通过辐射仪器测量出天空散射量Ds、地面接收辐射量Ig、双面光伏组件背面有效直射量Beff、以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff；天空散射光获取模块，用于根据视角因子Fv和天空散射量Ds，计算双面光伏组件背面接收的天空散射光G1；背面接收反射光获取模块：用于获取地面覆盖率GCR；并根据地面接收辐射量Ig、地面覆盖率GCR、双面光伏组件背面有效直射量Beff以及地面反射率Ag、计算双面光伏组件背面接收的反射光G2；有效辐射率获取模块：用于获取双面光伏组件背面有效辐射率L；背面发电增益率获取模块：用于根据天空散射光G1、背面接收的反射光G2、双面光伏组件背面有效辐射率L以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff，获取双面光伏组件背面发电增益率Gain％；
可选地，天空散射光获取模块还用于采用下述公式(1)计算双面光伏组件背面接收的天空散射光G1：
G1＝Fv×(1+Ds) (1)
其中，视角因子Fv为有效到达两面光伏组件背面的光在全部方向上的积分，Ds为天空散射量。
可选地，背面接收反射光获取模块还用于采用下述公式(2)计算双面光伏组件背面接收的反射光G2：
Figure BDA0002968214860000031
其中，Ig为地面接收辐射量，GCR为地面覆盖率，Ag为地面反射率，Beff为双面光伏组件背面有效直射量。
可选地，有效辐射率获取模块还用于采用下述公式(3)计算双面光伏组件的背面有效辐射率L
L＝(1-S) (3)
其中，S为双面光伏组件背面阴影遮挡率。
可选地，背面发电增益率获取模块还用于采用下述公式(4)计算双面光伏组件背面发电增益率Gain％
Figure BDA0002968214860000032
其中，G1为双面光伏组件背面接收的天空散射光；G2为双面光伏组件背面接收的反射光；L为双面光伏组件的背面有效辐射率；Ieff为双面组件正面接收的有效辐射量。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有如下有益效果：
本发明实施例的技术方案可以应用在新型双面组件的正面发电预估，而对于双面组件的背面增益，通过引入天空散射量、地面辐射量、地面反射率、视角因子、背面遮挡率、地面覆盖率等因子，计算得到双面组件的背面发电，从而得到双面组件的背面增益，从而无法进一步准确地估计光伏系统在某一位置的功率输出或年能量输出的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种计算双面光伏组件背面发电增益率的方法流程图；
图2为地面覆盖率GCR计算示意图；
图3为本发明实施例中一种计算双面光伏组件背面发电增益率的系统原理示意图。
具体实施方式
在本发明的实施例中，系统实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。模块可以存储在存储介质中，包括若干指令用以使得计算机设备可以是个人计算机，服务器，或者连接于网络的设备等)执行本发明各实施例中相关方法的步骤。
为使本发明实施例的目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
在本发明的说明书中，具有相同名称的部件具有相同或相似的功能、位置关系和连接关系；具有相同或类似标记的信号具有相同或相似的功能、发送部件和接收部件。
如图1所示，本发明实施例提供一种计算双面光伏组件背面发电增益率的方法100，其包括：
S110：通过辐射仪器测量出天空散射量Ds、地面接收辐射量Ig、双面光伏组件背面有效直射量Beff、以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff；
S120：根据视角因子Fv和天空散射量Ds，计算双面光伏组件背面接收的天空散射光G1；
S130：获取地面覆盖率GCR，基于地面接收辐射量Ig、地面覆盖率GCR、地面反射率Ag、双面光伏组件背面有效直射量Beff以及地面反射率Ag，计算双面光伏组件背面接收的反射光G2；
S140：计算双面光伏组件背面有效辐射率L；
S150：根据天空散射光G1、背面接收的反射光G2、双面光伏组件背面有效辐射率L以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff，计算双面光伏组件背面发电增益率Gain％。
在步骤S110的执行中，天空散射量Ds、地面接收辐射量Ig、双面光伏组件背面有效直射量Beff以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff可以通过辐射仪器测量得出。
在步骤S120的执行中，计算双面光伏组件背面接收的天空散射光G1，该天空散射光G1由天空散射量Ds和视角因子Fv通过公式(1)计算。
G1＝Fv×(1+Ds) (1)
其中，天空散射量Ds可以通过辐射仪器直接获取。双面组件背面可以接收的散射量，需要引入视角因子参数Fv计算组件背面接收的散射光。视角因子Fv是有效到达双面组件背面的那部分光，是对双面组件全部方向上的积分。
在步骤S130的执行中，计算双面光伏组件背面接收的反射光G2可以由地面接收辐射量Ig、地面覆盖率GCR、地面反射率Ag、双面光伏组件背面有效直射量Beff，通过公式(2)计算。
Figure BDA0002968214860000051
其中，背面有效直射量Beff可以通过辐射仪直接获取，基于地面类型的反射率Ag，地面覆盖率GCR计算组件背面接收的反射光G2。反射率通常规律为浅色反射率高、深色反射率低，例如雪地反射率高达80％左右，而草地反射率只有20％左右。
如图2所示，地面覆盖率GCR是光伏阵列的宽度W比上光伏阵列的排间距D，也就是(W/D)比值。
在步骤S140的执行中，计算双面光伏组件背面有效辐射率，通过公式(3)计算。
L＝(1-S) (3)
其中，S为双面光伏组件背面阴影遮挡率。双面光伏组件背面阴影遮挡率的计算步骤为：将双面光伏组件背面接收的辐射分为三部分，首先是不受遮挡影响的部分，其次是受到主轴遮挡影响的部分，再次是组件背面中间的接线盒位置通常放大电池片间距后有一部分光线透过组件玻璃后从主轴反射到光伏组件背面，背面遮挡率的计算公式如公式(5)
Figure BDA0002968214860000061
其中：S为背面阴影遮挡率，D1为组件长度，D2为主轴宽度，D3为组件接线盒位置电池片间距，α和β为组件背面光线入射最大角度，Ir为组件背面辐射量Ieff为组件正面可接收的有效辐射量，a为主梁阴影所影响的电池片数量，b为电池片数量，Att为主梁的反射率。
背面阴影遮挡率主要分为部分：
(1)
Figure BDA0002968214860000062
代表没有直接遮挡部分接收的辐射量比上背面接收的总辐射量；
(2)
Figure BDA0002968214860000063
代表直接遮挡后的部分接收的辐射量比上背面接收的总辐射量；
(3)
Figure BDA0002968214860000064
代表组件内部电池片之间间隙，光线从间隙透过玻璃达到主轴后，反射到电池片接收的辐射量比上背面接收的总辐射量。
在步骤S150的执行中，计算双面光伏组件背面发电增益率通过公式(4)计算。双面光伏组件正面接收的有效辐射量Ieff可以通过辐射仪器直接获取，将上述计算所得的背面接收辐射量比上正面接收的有效辐射量Ieff，得到双面组件背面的增益率。
Figure BDA0002968214860000065
结合前面公式(1)-(4)的计算公式，得到双面组件背面的增益率如公式(6)所示：
Figure BDA0002968214860000066
如图3所示，本发明实施例还提供一种计算双面光伏组件背面发电增益率的系统200，包括：
测量模块210，用于通过辐射仪器测量出天空散射量Ds、地面接收辐射量Ig、双面光伏组件背面有效直射量Beff、以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff；
天空散射光获取模块220，用于根据视角因子Fv和天空散射量Ds，计算双面光伏组件背面接收的天空散射光G1；
背面接收反射光获取模块230，用于获取地面覆盖率GCR；并根据地面接收辐射量Ig、地面覆盖率GCR、双面光伏组件背面有效直射量Beff以及地面反射率Ag、计算双面光伏组件背面接收的反射光G2；
有效辐射率获取模块240：用于获取双面光伏组件背面有效辐射率L；
背面发电增益率获取模块250，用于根据天空散射光G1、背面接收的反射光G2、双面光伏组件背面有效辐射率L以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff，获取双面光伏组件背面发电增益率Gain％。
天空散射光获取模块220还用于采用下述公式(1)计算双面光伏组件背面接收的天空散射光G1：
G1＝Fv×(1+Ds) (1)
其中，视角因子Fv为有效到达两面光伏组件背面的光在全部方向上的积分，Ds为天空散射量。
背面接收反射光获取模块230还用于采用下述公式(2)计算双面光伏组件背面接收的反射光G2：
Figure BDA0002968214860000071
其中，Ig为地面接收辐射量，GCR为地面覆盖率，Ag为地面反射率，Beff为双面光伏组件背面有效直射量。
有效辐射率获取模块240还用于采用下述公式(3)计算双面光伏组件的背面有效辐射率L
L＝(1-S) (3)
其中，S为双面光伏组件背面阴影遮挡率。
背面发电增益率获取模块250还用于采用下述公式(4)计算双面光伏组件背面发电增益率Gain％
Figure BDA0002968214860000081
其中，G1为双面光伏组件背面接收的天空散射光；G2为双面光伏组件背面接收的反射光；L为双面光伏组件的背面有效辐射率；Ieff为双面组件正面接收的有效辐射量。
通过本发明提供的一种计算双面光伏组件背面发电增益率的方法及系统，能够带来以下至少一种有益效果：解决双面光伏组件的背面发电增益率目前缺少研究，从而无法进一步准确地估计光伏系统在某一位置的功率输出或年能量输出的问题。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种计算双面光伏组件背面发电增益率的方法，其特征在于，包括：
通过辐射仪器测量出天空散射量Ds、地面接收辐射量Ig、双面光伏组件背面有效直射量Beff以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff；
根据视角因子Fv和所述天空散射量Ds，计算所述双面光伏组件背面接收的天空散射光G1；
获取地面覆盖率GCR；并根据所述地面接收辐射量Ig、地面覆盖率GCR、所述双面光伏组件背面有效直射量Beff以及地面反射率Ag、计算所述双面光伏组件背面接收的反射光G2；
获取所述双面光伏组件背面有效辐射率L；
根据所述天空散射光G1、所述背面接收的反射光G2、所述双面光伏组件背面有效辐射率L以及所述双面组件正面接收的有效辐射量Ieff，获取所述双面光伏组件背面发电增益率Gain％。
2.根据权利要求1所述的计算双面光伏组件背面发电增益率的方法，其特征在于，基于下述公式(1)计算所述双面光伏组件背面接收的天空散射光G1：
G1＝Fv×(1+Ds) (1)
其中，视角因子Fv为有效到达所述两面光伏组件背面的光在全部方向上的积分，Ds为天空散射量。
3.根据权利要求2所述的计算双面光伏组件背面发电增益率的方法，其特征在于，基于下述公式(2)计算所述双面光伏组件背面接收的反射光G2：
Figure FDA0002968214850000011
其中，Ig为地面接收辐射量，GCR为地面覆盖率，Ag为地面反射率，Beff为所述双面光伏组件背面有效直射量。
4.根据权利要求3所述的计算双面光伏组件背面发电增益率的方法，其特征在于，基于下述公式(3)计算所述双面光伏组件的背面有效辐射率L：
L＝(1-S) (3)
其中，S为所述双面光伏组件背面阴影遮挡率。
5.根据权利要求1-4任一项所述的计算双面光伏组件背面发电增益率的方法，其特征在于，基于下述公式(4)计算所述双面光伏组件背面发电增益率Gain％：
Figure FDA0002968214850000021
其中，G1为所述双面光伏组件背面接收的天空散射光；G2为所述双面光伏组件背面接收的反射光；L为所述双面光伏组件的背面有效辐射率；Ieff为所述双面组件正面接收的有效辐射量。
6.一种计算双面光伏组件背面发电增益率的系统，其特征在于，包括：
测量模块，用于通过辐射仪器测量出天空散射量Ds、地面接收辐射量Ig、双面光伏组件背面有效直射量Beff、以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff：
天空散射光获取模块，用于根据视角因子Fv和所述天空散射量Ds，计算所述双面光伏组件背面接收的天空散射光G1；
背面接收反射光获取模块：用于获取地面覆盖率GCR；并根据地面接收辐射量Ig、地面覆盖率GCR、双面光伏组件背面有效直射量Beff以及地面反射率Ag、计算双面光伏组件背面接收的反射光G2；
有效辐射率获取模块：用于获取双面光伏组件背面有效辐射率L；
背面发电增益率获取模块：用于根据天空散射光G1、背面接收的反射光G2、双面光伏组件背面有效辐射率L以及双面组件正面接收的有效辐射量Ieff，获取双面光伏组件背面发电增益率Gain％。
7.根据权利要求6所述的一种计算双面光伏组件背面发电增益率的系统，其特征在于，所述天空散射光获取模块采用下述公式(1)计算所述双面光伏组件背面接收的天空散射光G1：
G1＝Fv×(1+Ds) (1)
其中，视角因子Fv为有效到达所述两面光伏组件背面的光在全部方向上的积分，Ds为天空散射量。
8.根据权利要求7所述的一种计算双面光伏组件背面发电增益率的系统，其特征在于，所述背面接收反射光获取模块采用下述公式(2)计算所述双面光伏组件背面接收的反射光G2：
Figure FDA0002968214850000031
其中，Ig为地面接收辐射量，GCR为地面覆盖率，Ag为地面反射率，Beff为所述双面光伏组件背面有效直射量。
9.根据权利要求8所述的一种计算双面光伏组件背面发电增益率的系统，其特征在于，所述有效辐射率获取模块采用下述公式(3)计算所述双面光伏组件的背面有效辐射率L
L＝(1-S) (3)
其中，S为所述双面光伏组件背面阴影遮挡率。
10.根据权利要求6-9任一项所述的一种计算双面光伏组件背面发电增益率的系统，其特征在于，所述背面发电增益率获取模块采用下述公式(4)计算所述双面光伏组件背面发电增益率Gain％
Figure FDA0002968214850000032
其中，G1为所述双面光伏组件背面接收的天空散射光；G2为所述双面光伏组件背面接收的反射光；L为所述双面光伏组件的背面有效辐射率；Ieff为所述双面组件正面接收的有效辐射量。
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