文中基于PVsyst光伏設(shè)計軟件，以杭州為模擬地點，并在三種不同的地面反射率環(huán)境下對雙面發(fā)電光伏組件進行發(fā)電量模擬仿真并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，組件的離地高度為0.5米，組件安裝傾角為25度，朝向正南。結(jié)果表明，當(dāng)在地面反射率為90%的環(huán)境下，雙面發(fā)電光伏組件較單面組件的發(fā)電量增加23.7％左右，發(fā)電量增量最高，其次是地面反射率70%，發(fā)電量增量為16％；地面反射率為50%時，發(fā)電量增量為12%；地面反射率為30%時，發(fā)電量增量僅為7％。通過PVsyst軟件模擬應(yīng)用研究得出不同反射環(huán)境下的發(fā)電量數(shù)據(jù)，可為后續(xù)雙面發(fā)電PV組件電站系統(tǒng)設(shè)計提供理論數(shù)據(jù)支持。

近年來光伏行業(yè)內(nèi)不斷涌現(xiàn)了新的技術(shù)和產(chǎn)品，其中最受矚目的應(yīng)當(dāng)是雙面電池組件，雙面電池根據(jù)基底的不同，可以分為P型雙面和N型雙面，其中N型電池由于硅片少子壽命比較長、沒有硼氧對引起的光致衰減，因此要優(yōu)于P型電池。

目前最高效的晶硅太陽電池也都是采用了N型硅片，比如IBC，HIT，N型雙面電池等。 圖1列舉了兩種結(jié)構(gòu)的電池，如代表性廠商、電池正面效率、電池背面效率、技術(shù)升級難度、單位價格和產(chǎn)品優(yōu)勢。從表可知，N型雙面背面的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達到了正面效率的90%。對于雙面電池的封裝技術(shù)可以采用雙層玻璃+無邊框結(jié)構(gòu)，也可以采用透明背板+邊框形式，但主流的結(jié)構(gòu)還是雙玻雙面電池組件為主。

圖1 雙面發(fā)電產(chǎn)品

北半球的常規(guī)組件都是朝南以一定的角度安裝，當(dāng)組件處于最佳安裝角度時，年平均接收的太陽光輻射量最大，常規(guī)組件系統(tǒng)發(fā)電量最大。而雙玻雙面發(fā)電組件的正、背面發(fā)電特性，可以適用在地面及周邊建筑反射光及散射光較強的地區(qū)，如高緯度地區(qū)和多雪地區(qū)，使組件的正反兩面的發(fā)電量達到最大化，同時也適用于光伏建筑一體化等特殊應(yīng)用。另外安裝方式上，不僅可以以傳統(tǒng)的小于90度傾角安裝，還可以東西向垂直安裝，即一面朝東，另一面朝西，這樣不論是上午還是下午都可以最大限度的接收太陽光。

雙面發(fā)電組件安裝位置的背景反射率決定了背面發(fā)電量的多少，只有背面盡量多的接收反射和散射光，背面增效才會增加。由于不同地區(qū)冬季降雪量不同，通常設(shè)計的系統(tǒng)最低點離地高度也不同，隨著最低點離地高度的變化，組件背面接收的輻照度也隨之變化，系統(tǒng)最低點離地越高，組件與地面之間的空間越大，組件背面可接收的周圍反射面越大，背面的發(fā)電量也越多。因此組件背面的發(fā)電量主要是安裝朝向、安裝角度、地面反射率和離地高度共同作用的結(jié)果，需要我們根據(jù)發(fā)電量的提升情況來確定合適的安裝方式。

目前國內(nèi)外相關(guān)研究機構(gòu)都對雙面電池的發(fā)電性能進行了研究，根據(jù)國內(nèi)華東理工大學(xué)袁曉博士的實驗數(shù)據(jù)，雙玻組件在實際運行中，與水泥地面安裝的多晶組件相比，對不同地面的效率增益，雙玻組件在刷涂白漆地面（反射率較高）發(fā)電量增益最大，鋁箔次之，草坪（反射率較低）最低，而且都高于單面的常規(guī)單多晶組件，參考表1不同材質(zhì)或環(huán)境的反射率系數(shù)。

表1 不同材質(zhì)或類型的反射率系數(shù)

圖2為來自不同地面反射物的光譜曲線，從圖可知，雪地（Snow）、白色的沙地（White sand）、干草地（Dry grass）的地面反射光譜較好，混凝土（concrete）次之，瀝青（asphalt）較差。

圖2 太陽輻射光譜和來自不同地面反射物的光譜曲線

通過PVsyst軟件可以對固定傾角安裝方式的雙面發(fā)電系統(tǒng)進行模擬，假設(shè)模擬的地點位于杭州，氣象數(shù)據(jù)采用Meteonorm7.1數(shù)據(jù)。光伏陣列采用250W組件，背面的STC轉(zhuǎn)換效率和正面的STC轉(zhuǎn)換效率之比值在0.8-0.9之間可調(diào)，便于我們在模擬中進行對比。陣列安裝傾角為25度，正南朝向，組件的最下沿離地的高度為0.5米，陣列間距采用冬至日上午9時和下午15時之間前后無陰影遮擋為最小間距。組件10片一串，共6串，接入至組串逆變器。

表1 33kW光伏系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)

在系統(tǒng)模擬時，我們輸入不同的地面反射率，如30%、50%、70%和90%，從圖2可知，當(dāng)?shù)孛娣瓷渎什粩嘣黾訒r，入射到地面的反射損失（即到達地面卻未被反射的部分）不斷增加，當(dāng)反射率為30%，該值為348.29kWh/m^2，當(dāng)?shù)孛娣瓷渎蕿?0%時，該值為49.7 kWh/m^2。同時，從地面反射回大氣的輻射損失逐漸下降，組件背面實際接收的輻射量逐漸增加。

圖2 不同地面反射率的太陽輻射損失比較（單位:kWh/m^2）

圖3為組件背面實際接收到的輻射量，從圖可知，冬季12月、1月和2月份，當(dāng)?shù)孛娣瓷渎试黾訒r，組件背面實際接收的輻射量較小，這是由于冬季的地面的水平面總輻射量、散射輻射量在全年來說都是比較小的，因此被地面反射后到達組件背面的有效輻射也就較低。參考圖4各個月份的水平面總輻射量和散射輻射量對比。

圖3 組件背面實際所接收的輻射量（單位:kWh/m^2）

圖4 該項目地的月度水平面總輻射量和散射直射分量對比

表2為取不同反射率和BF（Bificial Factory）時的系統(tǒng)發(fā)電量和首年系統(tǒng)PR對比，一般在理想情況下，地面反射率達到0.9時（如雪地），系統(tǒng)發(fā)電小時數(shù)可增加至1204h，系統(tǒng)PR可達到96%。圖5為不同地面反射率時的月度發(fā)電量對比。

表2 不同反射率和BF時的發(fā)電量及系統(tǒng)PR

圖5  不同地面反射率的月度發(fā)電量對比（單位：度）

與此同時，雙面組件的發(fā)電量和其安裝傾角有一定關(guān)系，因此對25度、30度和40度傾角進行對比，當(dāng)安裝傾角較大時，背面實際接收的輻射量是增加的，但是正面的輻射量并非最大，反而比25度傾角時有所降低，所以得到的發(fā)電量是降低的，最優(yōu)的傾角、離地高度和陣列間距需要我們不斷的調(diào)整和對比進行綜合判斷。

表3 不同安裝傾角時的系統(tǒng)輸出結(jié)果對比 （單位：kWh/m^2）

文獻[7]對雙面電池的研究進行了綜述，文中對雙面組件的離地高度和最佳傾角的關(guān)系進行了說明。如圖6所示，當(dāng)組件的傾角較低時，組件離地的高度應(yīng)該增加可得到最佳的發(fā)電性能。當(dāng)組件的傾角較大時，組件離地的高度應(yīng)該減少，可獲得較大的地面反射光和散射光，這樣才可使得雙面組件的整體出力達到最佳。

圖6 組件離地高度和最佳傾角的關(guān)系

圖7為組件離地高度對系統(tǒng)增益的影響，從圖可知，當(dāng)組件的離地高度從0.5m增加到1m時，系統(tǒng)的發(fā)電增益大概在5%左右，當(dāng)然具體的項目需要根據(jù)實際去設(shè)計模擬。

圖7  30度安裝傾角，地面反射率50%，BF=71%

文中簡單介紹了雙面電池組件的相關(guān)內(nèi)容，通過某33kW系統(tǒng)模擬不同地面反射率時的發(fā)電量，并和單面電池系統(tǒng)進行比較，結(jié)果表明，當(dāng)在地面反射率為90%的環(huán)境下，雙面發(fā)電光伏組件較單面組件的發(fā)電量增加23.7％左右，發(fā)電量增量最高，其次是地面反射率70%，發(fā)電量增量為16％；地面反射率為50%時，發(fā)電量增量為12%；地面反射率為30%時，發(fā)電量增量僅為7％。

文中通過3kW系統(tǒng)模擬應(yīng)用研究得出了不同反射環(huán)境下的發(fā)電量均不相同，雙面電池組件發(fā)電系統(tǒng)在設(shè)計時和傳統(tǒng)的光伏組件也是有所不同，由于正反面均可發(fā)電，系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化考慮的因素也比較多，如實際的安裝環(huán)境、背景反射率（后期是否需要加裝反射材料）、組件背面和正面效率的比值、組件下沿的離地高度、組件的安裝傾角、安裝方位角、前后間距、安裝方式（垂直安裝或傳統(tǒng)固定傾角）等。另外，由于雙面電池的整體出力比單面電池組件要高，所以還要考慮對應(yīng)逆變器的額定輸出功率大小，通過發(fā)電量模擬得到雙面系統(tǒng)的全年出力和逆變器參數(shù)是否匹配，進而設(shè)計合理的雙面組件系統(tǒng)容量。