雙玻雙面光伏組件在降雪天氣時(shí)的運(yùn)行情況分析

李永鑫，苑海濤

(國(guó)家電力投資集團(tuán)河北電力有限公司張家口分公司，張家口 075000)

0 引言

在經(jīng)歷了2017年之前的快速發(fā)展后，隨著補(bǔ)貼缺口及消納能力等制約因素的出現(xiàn)，中國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)逐步由過去粗放型增長(zhǎng)、追求規(guī)模擴(kuò)大開始向精細(xì)化發(fā)展、追求質(zhì)量轉(zhuǎn)變。為探索光伏發(fā)電新技術(shù)、新應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)用情況，在轉(zhuǎn)變中占得先機(jī)，國(guó)家電力投資集團(tuán)河北電力有限公司張家口分公司將關(guān)注點(diǎn)放在新型的雙玻雙面光伏組件上。在其戰(zhàn)石溝光伏電站的二期項(xiàng)目建設(shè)中，選擇將其中的1 MW裝機(jī)容量采用了新型的雙玻雙面光伏組件。本文以該光伏電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用對(duì)照實(shí)驗(yàn)的方法，驗(yàn)證了在實(shí)際生產(chǎn)中降雪時(shí)和降雪后新型雙玻雙面光伏組件的運(yùn)行情況。

1 實(shí)驗(yàn)情況簡(jiǎn)介

1.1 光伏電站概況

戰(zhàn)石溝光伏電站位于張家口市沽源縣黃蓋淖鎮(zhèn)的西南側(cè)，其地理位置為 41°32′0.38′′N、115°17′42.8′′E。電站的地面高程約為 1417 m，場(chǎng)地現(xiàn)狀為草場(chǎng)平地，地表植被覆蓋率高。

該電站的二期項(xiàng)目建設(shè)了25個(gè)光伏方陣，總?cè)萘考s為25 MW。其中，24個(gè)光伏方陣采用傳統(tǒng)的峰值功率為355 Wp的單晶硅單面光伏組件(下文簡(jiǎn)稱“單面光伏組件”)，共計(jì)73728塊，每個(gè)方陣均由3072塊光伏組件構(gòu)成，每個(gè)方陣的總?cè)萘繛?.09056 MW；其余的1個(gè)光伏方陣采用峰值功率為350 Wp的新型單晶硅雙玻雙面光伏組件(下文簡(jiǎn)稱“雙玻雙面光伏組件”)，共3072 塊，該方陣的總?cè)萘繛?.07520 MW。

該電站二期項(xiàng)目總共25個(gè)光伏方陣，沿用一期編號(hào)，即25個(gè)方陣的編號(hào)為51#方陣至75#方陣。雙玻雙面光伏組件全部位于戰(zhàn)石溝光伏電站二期項(xiàng)目的52#方陣，由103#和104#逆變器將其發(fā)出的直流電逆變成交流電，再輸送至站內(nèi)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方式

本次實(shí)驗(yàn)采用對(duì)照實(shí)驗(yàn)的方式。將安裝了雙玻雙面光伏組件的52#方陣的103#和104#逆變器作為實(shí)驗(yàn)組，將安裝了單面光伏組件的57#方陣的113#逆變器和64#方陣的127#逆變器作為對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)期間，103#和104#逆變器退出站內(nèi)有功控制系統(tǒng)(AGC)的控制，由其進(jìn)行自由發(fā)電。

1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

本次實(shí)驗(yàn)主要記錄雙玻雙面光伏組件及單面光伏組件在降雪天氣時(shí)及降雪后第2天的發(fā)電量，并對(duì)比相同情況下，2種光伏組件發(fā)電量的差別。

1.4 實(shí)驗(yàn)時(shí)間

本次實(shí)驗(yàn)的時(shí)間段為2018年10月～2019年4月，數(shù)據(jù)采集期間共有11次降雪記錄。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

在實(shí)驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)，降雪天氣時(shí)雙玻雙面光伏組件和單面光伏組件的發(fā)電量情況如表1所示。

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，在降雪日，雙玻雙面光伏組件的平均日總發(fā)電量為0.3528萬(wàn)kWh，單面光伏組件的平均日總發(fā)電量為0.2266萬(wàn)kWh，雙玻雙面光伏組件的平均日總發(fā)電量相比單面光伏組件的平均日總發(fā)電量平均增加了0.1263萬(wàn)kWh，增幅為55.74%。

表1 降雪日雙玻雙面光伏組件和單面光伏組件的發(fā)電量情況Table 1 Comparison of power generation of bifacial glazing panel PV modules and single side PV modules on snowy day

在所有降雪日的發(fā)電量數(shù)據(jù)中，2018年11月4日，雙玻雙面光伏組件的單日發(fā)電量比單面光伏組件的單日發(fā)電量的增加量最多，為0.867萬(wàn)kWh，且增幅最大，達(dá)270.09%；而在2019年4月24日，雙玻雙面光伏組件的單日發(fā)電量比單面光伏組件的單日發(fā)電量的增加量最少，僅增加了0.0102萬(wàn)kWh，增幅為20.99%；在2019年3月29日，雙玻雙面光伏組件的單日發(fā)電量比單面光伏組件的單日發(fā)電量的增幅最小，僅為2.78%，而該日發(fā)電量增加了0.0141萬(wàn)kWh。

由此可以看出，在降雪天氣時(shí)，相較于傳統(tǒng)的單面光伏組件，雙玻雙面光伏組件具有更強(qiáng)的發(fā)電能力。

為明確降雪天氣對(duì)雙玻雙面光伏組件發(fā)電量的影響，對(duì)降雪后第2天的雙玻雙面光伏組件和單面光伏組件的發(fā)電能力進(jìn)行了進(jìn)一步的比較，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 降雪后第2天雙玻雙面光伏組件和單面光伏組件的發(fā)電量情況Table 2 Comparison of power generation of bifacial glazing panel PV modules and single side PV modules on next day after snowfall

從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，在降雪后第2天，雙玻雙面光伏組件的平均日總發(fā)電量仍有增加，其比單面光伏組件的平均日總發(fā)電量平均增加了0.0597萬(wàn)kWh，增幅為11.34%。

在所有降雪后第2天的發(fā)電量數(shù)據(jù)中，2019年2月15日，雙玻雙面光伏組件的單日發(fā)電量比單面光伏組件單日發(fā)電量的增加量最多，為0.1211萬(wàn)kWh，增幅為24.15%；在2019年1月2日，雙玻雙面光伏組件的單日發(fā)電量比單面光伏組件單日發(fā)電量的增幅最大，為28.22%，該日發(fā)電量增加了0.1099萬(wàn)kWh；2019年4月25日，雙玻雙面光伏組件的單日發(fā)電量比單面光伏組件的單日發(fā)電量的增加量最少，僅增加了0.0253萬(wàn)kWh，增幅為4.04%；2019年4月10日，雙玻雙面光伏組件的單日發(fā)電量比單面光伏組件的單日發(fā)電量的增幅最小，僅為3.65%，而該日發(fā)電量增加了0.0259萬(wàn)kWh。

由此可見，即使是在降雪后的次日，與傳統(tǒng)的單面光伏組件相比，雙玻雙面光伏組件在發(fā)電能力上仍具有較大優(yōu)勢(shì)。

由于實(shí)驗(yàn)采用的雙玻雙面光伏組件與傳統(tǒng)的單面光伏組件規(guī)格不同，1個(gè)傳統(tǒng)的單面光伏方陣總?cè)萘繛?.09056 MW；1個(gè)新型雙玻雙面光伏方陣總?cè)萘繛?.07520 MW，為保證數(shù)據(jù)的合理可靠性，將實(shí)驗(yàn)組的日總發(fā)電量換算成日總可利用小時(shí)數(shù)后，再次進(jìn)行比較。換算后的值如表3所示。

表3 雙玻雙面光伏組件和單面光伏組件的可利用小時(shí)數(shù)情況對(duì)比Table 3 Comparison of available hours of bifacial glazing panel PV modules and single side PV modules

從表3可以看出，降雪天，雙玻雙面光伏組件的可利用小時(shí)數(shù)比單面光伏組件的可利用小時(shí)數(shù)的平均增幅為57.92%，降雪后第2天的平均增幅為12.92%，降雪日及降雪后第2天的總平均增幅為27.39%；其中最大增幅為275.38%，最小增幅為4.24%。這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步體現(xiàn)了雙玻雙面光伏組件相比于傳統(tǒng)的單面光伏組件在發(fā)電能力方面的優(yōu)勢(shì)。

3 原因分析及結(jié)論

從上文的數(shù)據(jù)分析可以看出，在降雪日及降雪后第2天，雙玻雙面光伏組件的發(fā)電能力都優(yōu)于傳統(tǒng)的單面光伏組件，分析原因?yàn)橐韵?點(diǎn)。

1)降雪時(shí)及降雪后，光伏組件上會(huì)有不同程度的覆雪情況發(fā)生。由于雙玻雙面光伏組件背面可通過漫反射實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換從而繼續(xù)發(fā)電，因此在雙玻雙面光伏組件正面被積雪覆蓋后，其可以通過背部進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；且在轉(zhuǎn)換過程中釋放的熱量又會(huì)使組件正面緊貼組件處的積雪快速融化，形成水層，減少了積雪與組件間的摩擦力，在重力作用下可使組件表面的積雪滑落，減少組件正面被積雪覆蓋的面積和被覆蓋的時(shí)間，使組件正面更快速的暴露在陽(yáng)光下。通過觀察后發(fā)現(xiàn)，降雪后，雙玻雙面光伏組件僅用約1～3 h即可將自身組件正面的積雪清理干凈。

而降雪后，傳統(tǒng)的單面光伏組件在無(wú)人為干預(yù)的情況下，根據(jù)不同的天氣情況，大約需要半天至數(shù)天才能將自身組件正面的積雪清理干凈。

因此，與單面光伏組件相比，采用雙玻雙面光伏組件除發(fā)電量有所提升，還可有效減輕光伏電站每年的除雪壓力，并減少除雪方面的費(fèi)用支出。

2)由于雪天過后地表被積雪覆蓋，地表反射陽(yáng)光的能力增強(qiáng)，即背景反射率增大，使雙玻雙面光伏組件背面的發(fā)電能力增強(qiáng)。而傳統(tǒng)的單面光伏組件卻無(wú)法利用這一部分能量。

4 結(jié)論

本文采用對(duì)照實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)戰(zhàn)石溝光伏電站二期項(xiàng)目中采用的雙玻雙面光伏組件及單面光伏組件在降雪日及降雪后第2天的發(fā)電量情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后得出以下結(jié)論：

1)相較于傳統(tǒng)的單面光伏組件，雙玻雙面光伏組件在降雪后具有更強(qiáng)的發(fā)電能力。與單面光伏組件相比，在降雪日，雙玻雙面光伏組件的平均日總發(fā)電量的增幅為55.74%；即使是在降雪后的第2天，雙玻雙面光伏組件的平均日總發(fā)電量的增幅仍能達(dá)到11.34%。若按可利用小時(shí)數(shù)計(jì)算，在降雪日，雙玻雙面光伏組件的平均增幅為57.92%，降雪后第2天的平均增幅為12.92%，總平均增幅為27.39%。

2)采用雙玻雙面光伏組件后，可有效減輕光伏電站每年的除雪壓力，并可減少電站在除雪方面的費(fèi)用支出。

3)由于地表積雪使地表反射陽(yáng)光的能力增強(qiáng)，因此相較于降雪前，在降雪后雙玻雙面光伏組件的發(fā)電能力可得到提升，直到積雪消散。

綜上所述，相比于傳統(tǒng)的單面光伏組件，雙玻雙面光伏組件在冬季降雪豐富、積雪時(shí)間較長(zhǎng)的地區(qū)有更大的運(yùn)行優(yōu)勢(shì)。