CN113392364A - 一种双面光伏组件系统的参数计算方法 - Google Patents

一种双面光伏组件系统的参数计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双面光伏组件系统的参数计算方法，系统采用支架追踪技术，该参数计算方法包括：计算反射镜的能量利用效率；根据每一时刻的太阳光辐射强度和对应时刻的反射镜的能量利用效率，计算光伏组件在对应时刻收集的太阳辐射能；根据光伏组件在年度周期内各个时刻收集的太阳辐射能，得到双面光伏组件收集的年度太阳辐射能；根据年度太阳辐射能得到目标函数，目标函数为年度太阳辐射能、年度太阳辐射能能量密度、平准化度电成本中的一种或多种；选择使目标函数最优的产品参数组合作为目标参数组合。本发明为双面光伏组件系统的产品参数选择提供了量化依据，可以提高双面光伏组件系统的发电效率，降低成本。

Description

一种双面光伏组件系统的参数计算方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，尤指一种双面光伏组件系统的参数计算方法。
背景技术
双面光伏组件和支架追踪技术是目前发电效率高且度电成本低的一种系统解决方案，为了进一步提高系统发电效率，降低度电成本，在存在安装间隙的双面光伏组件系统中，添加反射镜等反光材料，对双面光伏组件的背面进行补光增能，可进一步激发双面光伏组件背面的发电潜能。但如何设置反射镜的尺寸、位置、姿态，以及如何选择双面光伏组件的规格与姿态，对于不同规格的组件与项目地纬度，应该如何进行产品参数的调整，以实现对太阳光照资源的最大化利用，目前还缺乏相关内容的详尽研究。
因此有必要合理地设置双面光伏组件与反射镜的尺寸及其安装参数，以实现对太阳光照资源的最大化利用，提高产品发电效率或降低成本。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种双面光伏组件系统的参数计算方法，用于解决目前双面光伏组件与反射镜的尺寸及其相对安装参数设置不合理，影响了双面光伏组件系统的产品发电效率或成本。
本发明提供的技术方案如下：
一种双面光伏组件系统的参数计算方法，该双面光伏组件系统采用支架追踪技术，包括多个双面光伏组件和多个反射镜，反射镜用于将太阳光反射至双面光伏组件的背面，该双面光伏组件系统的参数计算方法包括：计算反射镜的能量利用效率；根据每一时刻的太阳光辐射强度和对应时刻的反射镜的能量利用效率，计算光伏组件在对应时刻收集的太阳辐射能；根据光伏组件在年度周期内各个时刻收集的太阳辐射能，得到双面光伏组件收集的年度太阳辐射能；根据年度太阳辐射能得到目标函数，目标函数为年度太阳辐射能、年度太阳辐射能能量密度、平准化度电成本中的一种或多种；选择使目标函数最优的产品参数组合作为目标参数组合。
可选地，产品参数组合包括所述双面光伏组件的倾角、所述双面光伏组件与所述反射镜的间距、所述双面光伏组件的底部高度水平线与所述反射镜的中心高度水平线的间距、所述反射镜的倾角中的一个或多个参数。
可选地，所述的根据每一时刻的太阳光辐射强度和对应时刻的所述反射镜的能量利用效率，计算所述双面光伏组件在对应时刻收集的太阳辐射能，包括：
所述太阳光辐射强度包括太阳光总辐射强度GHI和太阳光散射强度DHI；根据所述双面光伏组件的横向长度L和太阳光散射强度DHI，得到所述双面光伏组件的背面散射能量；根据所述反射镜的阴影长、所述反射镜的能量利用效率、所述太阳光总辐射强度GHI和所述太阳光散射强度DHI，得到双面光伏组件的背面反射增光能量；根据所述双面光伏组件的阴影长、所述双面光伏组件的横向长度L、所述太阳光总辐射强度GHI和所述太阳光散射强度DHI，得到所述双面光伏组件的正面收集能量；根据所述双面光伏组件的背面散射能量、所述双面光伏组件的背面反射增光能量和所述双面光伏组件的正面收集能量，得到所述双面光伏组件在对应时刻收集的太阳辐射能。
可选地，所述反射镜的能量利用效率的计算包括：分别计算所述双面光伏组件对所述反射镜的遮挡效率、所述双面光伏组件对所述反射镜的反射光线的截断率、所述反射镜对太阳入射光线的余弦效率和所述反射镜的平均反射效率；根据所述遮挡效率、所述截断率、所述余弦效率和所述平均反射效率，得到所述反射镜的光学效率；根据所述反射镜的光学效率得到所述反射镜的能量利用效率。
可选地，根据所述反射镜的光学效率得到所述反射镜的能量利用效率包括：
根据以下公式计算反射镜的能量利用效率：
Figure 893398DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 200752DEST_PATH_IMAGE002
为所述反射镜的光学效率，
Figure 183751DEST_PATH_IMAGE003
为当前时刻的太阳高度角，
Figure 110119DEST_PATH_IMAGE004
为第i个时刻的太阳高度角，n为一天内的时刻数。
可选地，根据以下公式计算所述双面光伏组件对所述反射镜的遮挡效率
Figure 314704DEST_PATH_IMAGE005
：
Figure 340429DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，
Figure 873042DEST_PATH_IMAGE007
为双面光伏组件的阴影长，
Figure 727734DEST_PATH_IMAGE008
为反射镜的阴影长，
Figure 599875DEST_PATH_IMAGE009
为太阳局部高度角，h为所述双面光伏组件的底部高度水平线与反射镜的中心高度水平线的间距，
Figure 124397DEST_PATH_IMAGE010
为反射镜的横向长度，β为反射镜的倾角，d为反射镜到其正面的双面光伏组件的距离。
可选地，根据以下公式计算所述双面光伏组件对所述反射镜的反射光线的截断率
Figure 271869DEST_PATH_IMAGE011
：
Figure 212144DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure 266687DEST_PATH_IMAGE013
；
Figure 86745DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 531632DEST_PATH_IMAGE015
；
其中，
Figure 337914DEST_PATH_IMAGE016
为双面光伏组件的倾角，d为反射镜到其正面的双面光伏组件的距离，β为反射镜的倾角，
Figure 371598DEST_PATH_IMAGE017
为反射镜的横向长度，h为双面光伏组件的底部高度水平线与反射镜的中心高度水平线的间距，
Figure 237923DEST_PATH_IMAGE018
为太阳局部高度角，
Figure 170107DEST_PATH_IMAGE019
为反射镜的遮挡效率，L为双面光伏组件的横向长度。
可选地，根据以下公式计算反射镜对太阳入射光线的余弦效率
Figure 639135DEST_PATH_IMAGE020
：
Figure 668271DEST_PATH_IMAGE021
；
其中，β为反射镜的倾角，
Figure 643180DEST_PATH_IMAGE022
为太阳局部高度角。
可选地，若反射镜以倾角β跟踪太阳，则根据以下公式计算反射镜的倾角β：
Figure 998680DEST_PATH_IMAGE023
；
其中，α为双面光伏组件的倾角，d为所述双面光伏组件与所述反射镜的间距，h为双面光伏组件的底部高度水平线与反射镜的中心高度水平线的间距，
Figure 84447DEST_PATH_IMAGE024
为太阳局部高度角，L为双面光伏组件的横向长度。
可选地，太阳局部高度角的计算包括：
根据项目地的纬度和时间参数，计算对应时刻的太阳高度角el和太阳方位角az；根据以下公式计算对应时刻的太阳局部高度角
Figure 968090DEST_PATH_IMAGE025
：
Figure 300851DEST_PATH_IMAGE026
；
其中，el为太阳高度角，az为太阳方位角。
可选地，在获得目标参数组合之后包括：根据目标参数组合，计算最佳组件间距和最佳反射镜横向长度。
通过本发明提供的一种双面光伏组件系统的参数计算方法，至少能够带来以下有益效果：通过动态衡量对光伏系统的增效效率影响比较大的参数，综合评估各参数变化对双面光伏组件整体效率的改变，为光伏系统的产品参数选择提供了量化依据，可以实现对太阳光照资源的最大化利用，提高产品发电效率，降低成本。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种双面光伏组件系统的参数计算方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明的一种双面光伏组件系统的参数计算方法的一个实施例的流程图；
图2是本发明的一种双面光伏组件系统的参数计算方法的另一个实施例的流程图；
图3是本发明的一种具体应用场景实施例的光伏系统的结构组成示意图；
图4是图3所示光伏系统的补光增效原理图；
图5是太阳局部高度角的示意图；
图6是本发明的一种具体应用场景实施例的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘制了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形；“组件”是指双面光伏组件，与组件相关的参数是指双面光伏组件的相关参数，比如“组件阴影长”是指双面光伏组件的阴影长，“组件横向长度”是指双面光伏组件的横向长度，“组件对反射镜的遮挡效率”是指双面光伏组件对反射镜的遮挡效率，其他参数类似，此处就不一一描述。
本发明应用于双面光伏组件系统，该系统包括多个双面光伏组件和多个反射镜，双面光伏组件和反射镜间隔设置在跟踪支架上，反射镜用于对双面光伏组件的背面进行补光增能。每个双面光伏组件的尺寸相同，每个反射镜的尺寸相同。图3是一示例，本发明不限于此示例。
本发明对产品参数组合进行分析，以得到满足目标要求的参数设置，从而最大化利用太阳光照。产品参数组合包括组件的尺寸、反射镜的尺寸及相对安装参数中的一种或多种。组件的尺寸，比如组件横向长度L；反射镜的尺寸，比如反射镜横向长度
Figure 942048DEST_PATH_IMAGE027
；相对安装参数，比如组件倾角α、反射镜倾角β、相邻组件间距D、组件与反射镜的间距d、组件底部高度水平线与反射镜中心高度水平线的间距h等。
在本发明的一个实施例，如图1所示，一种双面光伏组件系统的参数计算方法，包括：
步骤S100 计算反射镜的能量利用效率。
根据组件对反射镜的遮挡效率、组件对反射镜反射光线的截断率、反射镜对太阳入射光线的余弦效率、反射镜的平均反射效率，计算反射镜的能量利用效率。其中，上述遮挡效率、截断率、余弦效率、平均反射效率可部分或全部采用经验值，也可部分或全部根据组件的尺寸、反射镜的尺寸及相对安装参数得到更精确的计算结果。
步骤S200 根据每一时刻的太阳光辐射强度和对应时刻的反射镜的能量利用效率，计算组件在对应时刻收集的太阳辐射能。
比如，根据组件的尺寸和太阳光辐射强度，获取对应时刻的组件背面散射能量和组件正面收集能量；根据反射镜的尺寸、反射镜的能量利用效率和太阳光辐射强度，获取对应时刻的组件背面反射增光能量；根据组件背面散射能量、组件背面反射增光能量和组件正面收集能量，得到组件在对应时刻收集的太阳辐射能。
步骤S300 根据组件在年度周期内各个时刻收集的太阳辐射能，得到组件收集的年度太阳辐射能。
步骤S400 根据年度太阳辐射能得到目标函数。
目标函数可以为年度太阳辐射能、年度太阳辐射能能量密度、平准化度电成本中的一种或多种。年度太阳辐射能能量密度为单位组件占地面积内收集能量。平准化度电成本可以为系统收集的单位太阳辐射能所需的成本。
目标函数根据实际需要设置。
步骤S500 选择使目标函数最优的产品参数组合作为目标参数组合。
产品参数组合包括组件倾角、组件与反射镜的间距、组件底部高度水平线与反射镜中心高度水平线的间距、反射镜的倾角中的一个或多个参数。
使目标函数最优的含义与具体的目标函数相关。比如，若目标函数为年度太阳辐射能或年度太阳辐射能能量密度，则使该目标函数最大的产品参数组合为使目标函数最优的产品参数组合。若目标函数为平准化度电成本，则使该目标函数最小的产品参数组合为使目标函数最优的产品参数组合。
本实施例，通过动态衡量对光伏系统的增效效率影响比较大的参数，如组件倾角、组件与反射镜的间距d和组件底部高度水平线与反射镜中心高度水平线的间距h等，综合评估各参数变化对双面光伏组件整体效率的改变，为光伏系统的产品参数选择提供了量化依据；采用本实施例方法所获得的目标参数来设置反射镜和组件的规格和姿态，可以实现对太阳光照资源的最大化利用，提高产品发电效率，降低成本。
在本发明的另一个实施例，如图2所示，一种双面光伏组件系统的参数计算方法，包括：
步骤S110分别计算组件对反射镜的遮挡效率、组件对反射镜反射光线的截断率、反射镜对太阳入射光线的余弦效率和反射镜的平均反射效率。
步骤S120根据遮挡效率、截断率、余弦效率和平均反射效率，得到反射镜光学效率。
由于不同时间参数对应的太阳高度角、方位角有所不同，从而影响太阳入射光线的角度，导致上述遮挡效率、截断率、余弦效率在不同时刻会有所不同。
一种实施方式，可以将时间分成若干段，每一时间段的遮挡效率或截断率或余弦效率取一经验值，不同时间段的经验值可不同。
优选地，对遮挡效率、截断率、余弦效率的部分或全部采用更精确的计算方式，具体如下：
1） 根据以下公式计算组件对反射镜的遮挡效率
Figure 893823DEST_PATH_IMAGE028
：
Figure 756606DEST_PATH_IMAGE029
；
其中，
Figure 73318DEST_PATH_IMAGE030
为组件阴影长，
Figure 264128DEST_PATH_IMAGE031
为反射镜阴影长，
Figure 144228DEST_PATH_IMAGE032
为太阳局部高度角，h为组件底部高度水平线与反射镜中心高度水平线的间距，
Figure 143408DEST_PATH_IMAGE033
为反射镜横向长度，β为反射镜倾角，d为组件与反射镜的间距。
可根据以下公式计算组件阴影长
Figure 883218DEST_PATH_IMAGE034
；
根据以下公式计算反射镜阴影长
Figure 561324DEST_PATH_IMAGE035
；
其中，L为组件横向长度，
Figure 792586DEST_PATH_IMAGE036
为反射镜横向长度，
Figure 364381DEST_PATH_IMAGE037
为组件倾角，β为反射镜倾角，
Figure 491737DEST_PATH_IMAGE038
为太阳局部高度角。
2）根据以下公式计算组件对反射镜反射光线的截断率
Figure 578511DEST_PATH_IMAGE039
：
Figure 347884DEST_PATH_IMAGE040
；
Figure 836503DEST_PATH_IMAGE041
；
Figure 869181DEST_PATH_IMAGE042
；
Figure 242918DEST_PATH_IMAGE043
；
其中，α为组件倾角，d为组件与反射镜的间距，β为反射镜倾角，
Figure 550402DEST_PATH_IMAGE044
为反射镜横向长度，h为组件底部高度水平线与反射镜中心高度水平线的间距，
Figure 362369DEST_PATH_IMAGE045
为太阳局部高度角，
Figure 97107DEST_PATH_IMAGE046
为反射镜的遮挡效率，L为组件横向长度。
3）根据以下公式计算反射镜对太阳入射光线的余弦效率
Figure 892894DEST_PATH_IMAGE047
：
Figure 4069DEST_PATH_IMAGE048
；
其中，β为反射镜倾角，
Figure 467281DEST_PATH_IMAGE049
为太阳局部高度角。
对于反射镜倾角β固定的系统，上述公式中用到的反射镜倾角β可采用一经验值。
对于反射镜倾角β非固定的系统，比如反射镜倾角β跟踪太阳高度角，则可根据以下公式更精确地计算反射镜倾角β：
Figure 372920DEST_PATH_IMAGE050
；
其中，α为组件倾角，d为组件与反射镜的间距，h为组件底部高度水平线与反射镜中心高度水平线的间距，
Figure 658932DEST_PATH_IMAGE051
为太阳局部高度角，L为组件横向长度。
其中上述公式中用到的太阳局部高度角，可采用以下方式计算得到：
根据项目地的纬度和时间参数，计算对应时刻的太阳高度角el和太阳方位角az；根据以下公式计算对应时刻的太阳局部高度角
Figure 308219DEST_PATH_IMAGE052
。
其中，太阳高度角
Figure 360358DEST_PATH_IMAGE053
和太阳方位角
Figure 171319DEST_PATH_IMAGE054
又可以通过以下方式计算得到：
时间参数包括真太阳时T和日期N。真太阳时T，以时为单位，为一天24小时中的某一时刻；日期N，以天为单位，为一天在一年中的顺序。
根据真太阳时T计算太阳时角
Figure 941698DEST_PATH_IMAGE055
。
根据日期N计算太阳赤纬角δ：
Figure 129097DEST_PATH_IMAGE056
。
根据项目地的纬度
Figure 301321DEST_PATH_IMAGE057
、太阳时角ω和太阳赤纬角δ，计算太阳高度角
Figure 814342DEST_PATH_IMAGE058
和太阳方位角
Figure 63227DEST_PATH_IMAGE059
：
Figure 54317DEST_PATH_IMAGE060
；
Figure 284310DEST_PATH_IMAGE061
。
4）计算反射镜平均反射效率
Figure 702653DEST_PATH_IMAGE062
镜面反射率跟反射镜材料成分、反射面清洁程度等因素有关，平均反射效率可取一个经验常数，比如85%。
5）计算反射镜光学效率η：
Figure 447624DEST_PATH_IMAGE063
。
步骤S130根据反射镜光学效率得到反射镜的能量利用效率
Figure 570301DEST_PATH_IMAGE064
。
一种实施方式，
Figure 202271DEST_PATH_IMAGE065
可以直接取
Figure 306362DEST_PATH_IMAGE066
，即
Figure 492624DEST_PATH_IMAGE067
。
考虑到太阳光总辐射强度GHI与太阳高度角成正比，不同时刻的光学效率对反射镜的能量利用效率的贡献是不一样的，所以可进一步改进为：
根据以下公式计算反射镜的能量利用效率：
Figure 343292DEST_PATH_IMAGE068
；
其中，
Figure 157665DEST_PATH_IMAGE069
为反射镜光学效率，
Figure 448969DEST_PATH_IMAGE070
为当前时刻的太阳高度角，
Figure 106215DEST_PATH_IMAGE071
为第i个时刻的太阳高度角，n为一天内的时刻数。
步骤S200 根据每一时刻的太阳光辐射强度和对应时刻的反射镜的能量利用效率，计算组件在对应时刻收集的太阳辐射能。
可选地，步骤S200 包括：
太阳光辐射强度包括太阳光总辐射强度GHI、太阳光散射强度DHI和太阳光直射强度DNI。
步骤S210 根据组件横向长度L和太阳光散射强度DHI，得到组件背面散射能量。
具体为，组件背面散射能量
Figure 508378DEST_PATH_IMAGE072
。
步骤S220根据反射镜阴影长、反射镜的能量利用效率、太阳光总辐射强度GHI和太阳光散射强度DHI，得到组件背面反射增光能量。
具体为，组件背面反射增光能量
Figure 177256DEST_PATH_IMAGE073
。
步骤S230根据组件阴影长、组件横向长度L、太阳光总辐射强度GHI和太阳光散射强度DHI，得到组件正面收集能量。
具体为，组件正面收集能量
Figure 888729DEST_PATH_IMAGE074
。
步骤S240根据组件背面散射能量、组件背面反射增光能量和组件正面收集能量，得到组件在该时刻收集的太阳辐射能。
具体为，组件在该时刻收集的太阳辐射能
Figure 580742DEST_PATH_IMAGE075
。
其中
Figure 504704DEST_PATH_IMAGE076
是产品参数组合的函数。
步骤S300 根据组件在年度周期内各个时刻收集的太阳辐射能，得到组件收集的年度太阳辐射能。
步骤S400 根据年度太阳辐射能得到目标函数。
目标函数为年度太阳辐射能、年度太阳辐射能能量密度、平准化度电成本中的一种。
年度太阳辐射能即
Figure 169035DEST_PATH_IMAGE077
年度太阳辐射能能量密度为单位组件占地面积内收集能量，等于
Figure 585497DEST_PATH_IMAGE078
平准化度电成本可以为系统收集的单位太阳辐射能所需的成本，可以等于总成本/
Figure 499227DEST_PATH_IMAGE079
，总成本包括支架成本、反射镜成本、组件成本、占地面积成本、建造成本和运维成本等。
步骤S500 选择使目标函数最优的产品参数组合作为目标参数组合。
步骤S600 根据目标参数组合，计算最佳组件间距Dm和/或最佳反射镜横向长度lm。
最佳组件间距Dm可定义为：使得相邻组件之间全年任意时候无阴影遮挡的组件间距。最佳组件间距取最大组件阴影长，即：
Figure 961301DEST_PATH_IMAGE080
；
其中，
Figure 463826DEST_PATH_IMAGE081
是一年中最小的太阳局部高度角,L是组件横向长度，α是组件倾角。
最佳反射镜横向长度lm为：使得反射镜对后方组件全年任意时候无阴影遮挡的反射镜横向长度。
Figure 736676DEST_PATH_IMAGE082
。
以上给出了最佳反射镜横向长度的取值范围，可以结合使反射镜的能量利用效率最大化选取最佳反射镜横向长度lm。
本实施例，详细评估了各参数变化对双面光伏组件整体效率的改变，为光伏系统的产品参数选择提供了量化依据；采用本实施例方法所获得的目标参数组合及最佳组件间距、最佳反射镜横向长度来选择反射镜和组件的规格与姿态，可以实现对太阳光照资源的最大化利用，提高产品发电效率，降低成本。
本发明还提供一种具体应用场景实施例，将前述的双面光伏组件系统的参数计算方法应用于采用斜平单支架追踪技术的光伏系统的参数计算中。
该光伏系统的结构组成如图3所示，包括多个双面光伏组件和多个反射镜，光伏组件和反射镜间隔设置在南北向的跟踪支架主轴上。每个双面光伏组件的尺寸相同，每个反射镜的尺寸相同。
光伏组件相对支架主轴倾斜设置，有一定倾角α；反射镜相对支架主轴倾斜设置，有一定倾角β。采用斜平单支架追踪技术，跟踪支架追踪太阳方位角，带动光伏组件对太阳方位角的跟踪；同时反射镜追踪太阳，使反射镜的倾角追踪太阳高度角；两者相加相当于双轴追踪。
双面光伏组件斜平单支架的补光增效系统原理图如图4所示。
其中，坐标系OXY：以反射镜中点为原点、以支架主轴为X轴、以组件安装平面的法线为Y轴的坐标系。组件安装平面是指跟踪支架主轴与光伏组件的安装檩条组成的面。
β：反射镜倾角；α：组件倾角。
Figure 386969DEST_PATH_IMAGE083
：太阳相对组件安装平面的高度角，后续简称为太阳局部高度角。
L：组件横向长度；
Figure 403466DEST_PATH_IMAGE084
：反射镜横向长度。
d：组件与反射镜的间距，在本实施例中为组件与用于其背面补光的反射镜之间的间距；当然也可以设为组件与其正面的反射镜之间的间距，根据（D-d）得到组件与其背面的反射镜之间的间距，下面对应的公式要做相应修改。
D：相邻组件间距；h：组件底部高度水平线与反射镜中心高度水平线的间距。
Figure 91324DEST_PATH_IMAGE085
：组件在后方反射镜中点为原点的坐标系OXY中的方程；
Figure 800654DEST_PATH_IMAGE086
：反射镜上沿、中线、无遮挡部分底部对太阳光反射光线在坐标系OXY中的方程。
如图6所示，光伏系统的参数计算步骤包括：
步骤S10根据时间参数（T、N）和项目地的纬度
Figure 938243DEST_PATH_IMAGE087
，计算全局坐标系中的太阳高度角el和太阳方位角az。
时间参数包括真太阳时T和日期N。真太阳时T，以时为单位，为一天24小时中的某一时刻；日期N，以天为单位，为一天在一年中的顺序，比如1月1日对应N=1，1月2日对应N=2。
太阳高度角为太阳光线与天顶线的夹角，范围为0~90°。太阳方位角为太阳光线在水平面投影线与正南方向的夹角，范围为-180°~180°
根据时间参数，获取对应时刻的太阳时角ω和太阳赤纬角δ；根据太阳时角ω和太阳赤纬角δ，以及项目地的纬度
Figure 555170DEST_PATH_IMAGE088
，得到该时刻的太阳高度角和太阳方位角。
具体可根据以下公式计算任意时刻的太阳位置参数（包括时角、赤纬角、高度角和方位角）：
计算时角ω：
Figure 94604DEST_PATH_IMAGE089
。
计算赤纬角δ：
Figure 974836DEST_PATH_IMAGE090
。
计算太阳高度角
Figure 802983DEST_PATH_IMAGE091
和方位角
Figure 426862DEST_PATH_IMAGE092
：
Figure 835452DEST_PATH_IMAGE093
；
Figure 621005DEST_PATH_IMAGE094
。
步骤S20根据太阳方位角
Figure 998766DEST_PATH_IMAGE095
和太阳高度角
Figure 160757DEST_PATH_IMAGE096
计算太阳局部高度角
Figure 753412DEST_PATH_IMAGE097
。
如图5所示，太阳局部高度角
Figure 490293DEST_PATH_IMAGE097
为太阳相对组件安装平面的高度角。
计算太阳相对组件安装平面的局部方位角
Figure 43765DEST_PATH_IMAGE098
：由于本系统采用斜平单追踪技术，对太阳方位角进行实时跟踪，所以局部方位角
Figure 258715DEST_PATH_IMAGE099
。
根据以下公式计算太阳局部高度角
Figure 377981DEST_PATH_IMAGE100
：
Figure 364391DEST_PATH_IMAGE101
。
在本案计算方法中，太阳方位角默认在-90°至90°之间，即正东和正西的太阳方位以内。至于太阳方位角绝对值超过90°，即太阳早上初升和太阳即将落山等时间段，因太阳能效低，不在本案下述计算方法的考虑范围内。当然，依照本案的计算思路，依然可以推理出太阳早上初升和太阳即将落山等时间段的最佳参数设置。
太阳局部高度角
Figure 657357DEST_PATH_IMAGE102
的大小，早晚时分主要取决于全局方位角（即太阳方位角
Figure 426730DEST_PATH_IMAGE103
），中午取决于全局高度角（即太阳高度角
Figure 728398DEST_PATH_IMAGE104
），正午时，全局高度角和局部高度角相等。太阳局部高度角的变化趋势是先减小后增大。
步骤S30根据变量参数（α,d,h）,计算最佳组件间距Dm、最佳反射镜横向长度lm和反射镜倾角β。
1）根据以下公式计算最佳组件间距Dm：
Figure 10344DEST_PATH_IMAGE105
。
最佳组件间距Dm可定义为：使得相邻组件之间全年任意时候无阴影遮挡的组件间距。最佳组件间距取最大的组件阴影长。
组件阴影长
Figure 600725DEST_PATH_IMAGE106
的计算公式为：
Figure 970526DEST_PATH_IMAGE107
。
太阳局部高度角
Figure 579231DEST_PATH_IMAGE108
是一个随时间变化的量，
Figure 517231DEST_PATH_IMAGE109
是由
Figure 578597DEST_PATH_IMAGE108
构成的时间序列中的最小值，即一年中最小的太阳局部高度角。当取
Figure 17669DEST_PATH_IMAGE109
时，获得最大的组件阴影长。因此，根据前述公式计算最佳组件间距Dm。
在实际情况中，最佳组件间距Dm也可以选择使得相邻组件之间全年大部分时间无阴影遮挡的组件间距，其中时间长度或关注的时间段可根据实际需要设置。这样可以减小最佳组件间距Dm。
2）计算最佳反射镜横向长度lm：
最佳反射镜横向长度可定义为：使得反射镜对后方组件全年任意时候无阴影遮挡的反射镜横向长度。
当反射镜顶点、前方组件顶点、后方组件底点三点共线时，反射镜取最佳横向长度。
反射镜顶点坐标：
Figure 231612DEST_PATH_IMAGE110
；
前方组件顶点坐标：
Figure 389449DEST_PATH_IMAGE111
。
后方组件底点坐标：
Figure 626526DEST_PATH_IMAGE112
。
三点共线条件可得：
Figure 259502DEST_PATH_IMAGE113
其中：
Figure 327952DEST_PATH_IMAGE114
3）计算反射镜倾角β
本系统中，反射镜倾角是变化的，需要追踪太阳高度角。所以反射镜中心反射线需要始终瞄准组件中线，即，反射镜中线与组件中线连线与反射镜中点反射线重合。
反射镜中点反射线方程
Figure 653760DEST_PATH_IMAGE115
；
反射镜中点坐标：
Figure 971609DEST_PATH_IMAGE116
；
组件中点坐标：
Figure 408275DEST_PATH_IMAGE117
。
从而可得：
Figure 65653DEST_PATH_IMAGE118
。
可以看出，若反射镜倾角需要追踪太阳高度角，则反射镜倾角β需要满足上述公式。若反射镜倾角不需要追踪太阳高度角，则反射镜倾角β可根据经验值设置为一固定值。
步骤S40计算反射镜的能量利用效率。
1） 计算组件对反射镜的遮挡效率
Figure 565292DEST_PATH_IMAGE119
：
计算方法：遮挡效率=1- (计算组件阴影长-组件与反射镜的间距d)/反射镜阴影长。
组件阴影长：
Figure 573699DEST_PATH_IMAGE120
组件顶点在反射镜底平面的投影坐标：
Figure 814056DEST_PATH_IMAGE121
反射镜阴影长：
Figure 512891DEST_PATH_IMAGE122
遮挡效率
Figure 665655DEST_PATH_IMAGE123
2）计算组件对反射镜的反射光线的截断率
Figure 941784DEST_PATH_IMAGE124
计算方法：计算反射镜反射线轮廓与组件截断线的交点坐标，并判断交点坐标是否处于组件坐标范围内。
反射镜的反射线轮廓与组件截断线的交点坐标
Figure 939827DEST_PATH_IMAGE125
分别为：
Figure 812275DEST_PATH_IMAGE126
。
组件对反射光的截断率计算公式：
Figure 667099DEST_PATH_IMAGE127
，其中
Figure 899366DEST_PATH_IMAGE128
3）计算反射镜对太阳入射光线的余弦效率
Figure 560154DEST_PATH_IMAGE129
：
Figure 46630DEST_PATH_IMAGE130
。
4）计算反射镜的平均反射效率
Figure 321623DEST_PATH_IMAGE131
镜面反射率跟反射镜材料成分、反射面清洁程度等因素有关，平均反射效率可取一个经验常数，比如85%。
5）计算反射镜光学效率η：
Figure 791918DEST_PATH_IMAGE132
。
6）计算反射镜的能量利用效率
Figure 115452DEST_PATH_IMAGE133
计算光学效率的权值：
考虑太阳光总辐射强度GHI与太阳高度角成正比，即
Figure 722014DEST_PATH_IMAGE134
，所以可根据以下公式得到当前光学效率的权值：
Figure 436417DEST_PATH_IMAGE135
；其中
Figure 190746DEST_PATH_IMAGE136
为第i个典型时刻的太阳高度角，n为一天内的时刻数。
对光学效率进行能量加权，即可得反射镜的能量利用效率：
Figure 396600DEST_PATH_IMAGE137
。
步骤S50计算组件吸收太阳总能量及发电量。
计算方法：
组件背面散射能量
Figure 310198DEST_PATH_IMAGE138
；
组件背面反射增光能量
Figure 412146DEST_PATH_IMAGE139
；
组件正面收集能量
Figure 106301DEST_PATH_IMAGE140
；
组件收集的总太阳辐射能
Figure 178163DEST_PATH_IMAGE141
。
其中：太阳光总辐射强度GHI包括散射光强度DHI与直射光强度DNI，组成关系为：
Figure 697000DEST_PATH_IMAGE142
。
太阳光散射强度DHI与GHI成正比，
Figure 484696DEST_PATH_IMAGE143
，且与地面反射率、支架高度等因素有关。
散射能量可采用Perez Model的辐射模型进行计算。
步骤S60根据需要选取优化目标函数，进行优化计算。
根据需要选取优化目标函数，寻找最优产品参数组合
Figure 151301DEST_PATH_IMAGE144
：
可以取年度周期内，组件收集的年度太阳辐射能最大化为优化目标函数：
Figure 26853DEST_PATH_IMAGE145
。
或取年度周期内，组件收集的总太阳辐射能能量密度（单位组件占地面积内收集能量）最大化为优化目标函数：
Figure 714711DEST_PATH_IMAGE146
。
或引入支架、组件、反射镜的成本参数，取平准化度电成本（LCOE）最小化为优化目标函数。
本方案的斜平单跟踪系统适用于中高纬度地区，综合考虑系统载荷及实现成本等因素，α的取值建议在10°-25°之间，d 与h的取值动态关联，保证反射镜对于后一双面光伏组件全天不会形成阴影。
本实施例，全面引入所有的天文因素，采用敏感性分析原理，动态衡量对增效效率影响比较大的参数，如
Figure 158461DEST_PATH_IMAGE147
等，综合评估各参数变化对双面光伏组件整体效率的改变，为增效方案的设计定型提供及时准确的量化理论参考。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种双面光伏组件系统的参数计算方法，所述双面光伏组件系统采用支架追踪技术，包括多个双面光伏组件和多个反射镜，所述反射镜用于将太阳光反射至所述双面光伏组件的背面，其特征在于，所述双面光伏组件系统的参数计算方法包括：
计算所述反射镜的能量利用效率；
根据每一时刻的太阳光辐射强度和对应时刻的所述反射镜的能量利用效率，计算所述双面光伏组件在对应时刻收集的太阳辐射能；
根据所述双面光伏组件在年度周期内各个时刻收集的太阳辐射能，得到双面光伏组件收集的年度太阳辐射能；
根据所述年度太阳辐射能得到目标函数，所述目标函数为年度太阳辐射能、年度太阳辐射能能量密度、平准化度电成本中的一种或多种；
选择使所述目标函数最优的产品参数组合作为目标参数组合。
2.根据权利要求1所述的一种双面光伏组件系统的参数计算方法，其特征在于：
所述产品参数组合包括所述双面光伏组件的倾角、所述双面光伏组件与所述反射镜的间距、所述双面光伏组件的底部高度水平线与所述反射镜的中心高度水平线的间距、所述反射镜的倾角中的一个或多个参数。
3.根据权利要求1所述的一种双面光伏组件系统的参数计算方法，其特征在于，所述的根据每一时刻的太阳光辐射强度和对应时刻的所述反射镜的能量利用效率，计算所述双面光伏组件在对应时刻收集的太阳辐射能，包括：
所述太阳光辐射强度包括太阳光总辐射强度GHI和太阳光散射强度DHI；
根据所述双面光伏组件的横向长度L和太阳光散射强度DHI，得到所述双面光伏组件的背面散射能量；
根据所述反射镜的阴影长、所述反射镜的能量利用效率、所述太阳光总辐射强度GHI和所述太阳光散射强度DHI，得到所述双面光伏组件的背面反射增光能量；
根据所述双面光伏组件的阴影长、所述双面光伏组件的横向长度L、所述太阳光总辐射强度GHI和所述太阳光散射强度DHI，得到所述双面光伏组件的正面收集能量；
根据所述双面光伏组件的背面散射能量、所述双面光伏组件的背面反射增光能量和所述双面光伏组件的正面收集能量，得到所述双面光伏组件在对应时刻收集的太阳辐射能。
4.根据权利要求3所述的一种双面光伏组件系统的参数计算方法，其特征在于，所述反射镜的能量利用效率的计算包括：
分别计算所述双面光伏组件对所述反射镜的遮挡效率、所述双面光伏组件对所述反射镜的反射光线的截断率、所述反射镜对太阳入射光线的余弦效率和所述反射镜的平均反射效率；
根据所述遮挡效率、所述截断率、所述余弦效率和所述平均反射效率，得到所述反射镜的光学效率；
根据所述反射镜的光学效率得到所述反射镜的能量利用效率。
5.根据权利要求4所述的一种双面光伏组件系统的参数计算方法，其特征在于，根据所述反射镜的光学效率得到所述反射镜的能量利用效率包括：
根据以下公式计算所述反射镜的能量利用效率：
Figure 714901DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 694358DEST_PATH_IMAGE002
为所述反射镜的光学效率，
Figure 818303DEST_PATH_IMAGE003
为当前时刻的太阳高度角，
Figure 10250DEST_PATH_IMAGE004
为第i个时刻的太阳高度角，n为一天内的时刻数。
6.根据权利要求4所述的一种双面光伏组件系统的参数计算方法，其特征在于：
根据以下公式计算所述双面光伏组件对所述反射镜的遮挡效率
Figure 293464DEST_PATH_IMAGE005
：
Figure 958670DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，
Figure 694544DEST_PATH_IMAGE007
为所述双面光伏组件的阴影长，
Figure 486920DEST_PATH_IMAGE008
为所述反射镜的阴影长，
Figure 890219DEST_PATH_IMAGE009
为太阳局部高度角，h为所述双面光伏组件的底部高度水平线与所述反射镜的中心高度水平线的间距，
Figure 431053DEST_PATH_IMAGE010
为所述反射镜的横向长度，β为所述反射镜的倾角，d为所述双面光伏组件与所述反射镜的间距。
7.根据权利要求4所述的一种双面光伏组件系统的参数计算方法，其特征在于：
根据以下公式计算所述双面光伏组件对所述反射镜的反射光线的截断率
Figure 778858DEST_PATH_IMAGE011
：
Figure 827454DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure 85260DEST_PATH_IMAGE013
；
Figure 108580DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure DEST_PATH_IMAGE015
；
其中，
Figure 163255DEST_PATH_IMAGE016
为所述双面光伏组件的倾角，d为所述双面光伏组件与所述反射镜的间距，β为所述反射镜的倾角，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为所述反射镜的横向长度，h为所述双面光伏组件的底部高度水平线与所述反射镜的中心高度水平线的间距，
Figure 969537DEST_PATH_IMAGE018
为太阳局部高度角，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为所述反射镜的遮挡效率，L为所述双面光伏组件的横向长度。
8.根据权利要求4所述的一种双面光伏组件系统的参数计算方法，其特征在于：
根据以下公式计算所述反射镜对太阳入射光线的余弦效率
Figure 924592DEST_PATH_IMAGE020
：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
；
其中，β为所述反射镜的倾角，
Figure 666283DEST_PATH_IMAGE022
为太阳局部高度角。
9.根据权利要求6、7、8任一项所述的一种双面光伏组件系统的参数计算方法，其特征在于：
若所述反射镜以倾角β跟踪太阳，则根据以下公式计算所述反射镜的倾角β：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
；
其中，
Figure 660784DEST_PATH_IMAGE024
为所述双面光伏组件的倾角，d为所述双面光伏组件与所述反射镜的间距，h为所述双面光伏组件的底部高度水平线与所述反射镜的中心高度水平线的间距，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为太阳局部高度角，L为所述双面光伏组件的横向长度。
10.根据权利要求6、7、8任一项所述的一种双面光伏组件系统的参数计算方法，其特征在于，所述太阳局部高度角的计算包括：
根据项目地的纬度和时间参数，计算对应时刻的太阳高度角el和太阳方位角az；
根据以下公式计算对应时刻的太阳相对于组件安装平面的太阳局部高度角
Figure 644658DEST_PATH_IMAGE026
：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
；
其中，el为太阳高度角，az为太阳方位角。
11.根据权利要求1所述的一种双面光伏组件系统的参数计算方法，其特征在于，在获得目标参数组合之后包括：
根据所述目标参数组合，计算最佳组件间距和/或所述反射镜的最佳反射镜横向长度。
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