什么是雙面光伏？

 

       通過超越全球能源發(fā)電容量的吉瓦數(shù)（GW），雙面光伏正慢慢找到成為主流的方向。并且，越來越多收集到的組件性能數(shù)據(jù)都有助于獲得更可靠的效率增益預(yù)測。我們在本文中嘗試概括敘述了雙面光伏領(lǐng)域中的當前研究、亟待解決的疑問以及技術(shù)開發(fā)等問題。

 

        相見于“另一面”

        過去二十年間，光伏（PV）已發(fā)展成為一種成熟的技術(shù)，因此很難再有大幅度的效率提升。如今主要依靠縮減投資和運營成本來實現(xiàn)降低平準化度電成本（LCOE），而非通過技術(shù)進步提高 PV 電池的能源輸出。

       然而，能顯著提高 PV 電池效率的比較可靠的方法是將組件的背面也用于發(fā)電。因此，在不擴大組件占地的情況下，可同時利用反射或漫射的陽光進行發(fā)電。

       人們似乎已對雙面光伏的巨大潛能達成了共識。但是，在能量輸出增益的模擬和測量方法尚未普遍建立的情況下，通過雙面 PV 組件預(yù)測的效率增長有著很大差異；這取決于假設(shè)的系統(tǒng)設(shè)置、地點和表面反照率以及所用的模擬算法。

        雙面光伏發(fā)電如何作用？

       其主要理念很簡單。除了用 PV 組件的一面來收集太陽光線外，還可通過背面采集來自多個角度的反射和散射光線以生產(chǎn)更多電力。除了對背面材料和內(nèi)部互聯(lián)進行相應(yīng)調(diào)整外，電池技術(shù)和幾何結(jié)構(gòu)均以經(jīng)驗證的單面組件原理為基礎(chǔ)。也就是說，在未來 10 年內(nèi)，雙面 PV 很可能從一個發(fā)展遠景順利轉(zhuǎn)變?yōu)楸粡V泛應(yīng)用的技術(shù)，且預(yù)計世界市場占有率將高達 30-50%。

 

       發(fā)展中的雙面光伏發(fā)電

 

       優(yōu)化會對另一面的性能產(chǎn)生負面影響。因此，為雙面 PV 電廠尋求理想設(shè)置是一個復(fù)雜的挑戰(zhàn)。由于傾角是組件效率的一個重要因素，前后面的理想角度可以不同。 另一個參數(shù)則是組件的長度和各排組件之間的距離，即地面覆蓋率（GCR）。適應(yīng)太陽光束入射角度的高 GCR 值通�？商岣咭粋�發(fā)電廠的效率。但即使對單面PV 發(fā)電廠而言，較高的 GCR 值也會在太陽高度角較低的早晨或傍晚時分發(fā)生相互遮擋的情況。對于雙面光伏發(fā)電廠，遮擋則是一個更大的問題。理想狀態(tài)是在各排組件之間有足夠的空間形成一個大小適合的表面，使地面反射不被遮擋�？墒沁@將降低地面覆蓋率和電廠的單位面積輸出。 與組件設(shè)置相關(guān)的參數(shù)還包括建筑高度和扭力管。扭力管的作用是跟蹤 PV 組件，因此應(yīng)將雙面組件放置于更高的位置，從而對更多來自地面的多角度的反照輻射光線進行轉(zhuǎn)化；但建設(shè)成本也將由此增加。這一概念也同樣適用于為了避免安裝件構(gòu)成遮蔽而修改扭力結(jié)構(gòu)。   

 

       盡管早在 20 世紀 60 年代便已對雙面 PV 電池進行了研究和開發(fā)，其被廣泛使用的時代仍未到來。市場觀察員們的普遍解釋是，與單面系統(tǒng)相比，雙面系統(tǒng)缺少可信賴的產(chǎn)量增益計算方法。因此，投資者們繼續(xù)觀望，因無法完全知曉準確的效率提升，而猶豫是否以更大的規(guī)模推動雙面系統(tǒng)。即便在大數(shù)據(jù)和機器學習的年代，組件背面的太陽能輻射模擬仍是一項復(fù)雜的任務(wù)。因此，全世界的公司和研究機構(gòu)持續(xù)對各種不同潛在相關(guān)參數(shù)及其對能量輸出的影響進行調(diào)查研究。

 

       除了符合其他標準外，這些研究項目還覆蓋了：

       ● 地面反照率的影響

       ● 背板材料

       ● 系統(tǒng)設(shè)置和組件的幾何結(jié)構(gòu)

       ● 測量背面的太陽能輻射

       ● 系統(tǒng)設(shè)置&組件幾何結(jié)構(gòu)

       在單面 PV 組件中，被轉(zhuǎn)化為電力的太陽光束直接來自天空。與之相反，雙面組件的背面則收集在陰影迷宮、地面紋理和結(jié)構(gòu)型障礙中穿行的光線。而對一面太陽輻照度進行優(yōu)化會對另一面的性能產(chǎn)生負面影響。因此，為雙面 PV 電廠尋求理想設(shè)置是一個復(fù)雜的挑戰(zhàn)。由于傾角是組件效率的一個重要因素，前后面的理想角度可以不同。

 

       另一個參數(shù)則是組件的長度和各排組件之間的距離，即地面覆蓋率（GCR）。適應(yīng)太陽光束入射角度的高 GCR 值通�？商岣咭粋�發(fā)電廠的效率。但即使對單面PV 發(fā)電廠而言，較高的 GCR 值也會在太陽高度角較低的早晨或傍晚時分發(fā)生相互遮擋的情況。對于雙面光伏發(fā)電廠，遮擋則是一個更大的問題。理想狀態(tài)是在各排組件之間有足夠的空間形成一個大小適合的表面，使地面反射不被遮擋�？墒沁@將降低地面覆蓋率和電廠的單位面積輸出。

 

       與組件設(shè)置相關(guān)的參數(shù)還包括建筑高度和扭力管。扭力管的作用是跟蹤 PV 組件，因此應(yīng)將雙面組件放置于更高的位置，從而對更多來自地面的多角度的反照輻射光線進行轉(zhuǎn)化；但建設(shè)成本也將由此增加。這一概念也同樣適用于為了避免安裝件構(gòu)成遮蔽而修改扭力結(jié)構(gòu)。