與單面電池相比，雙面電池的背面也吸收陽光，以增加雙面電池的發電量。影響雙邊部件的發電因素是什么，如何優化這些因素的設計以實現更高的系統發電是電廠承包商和客戶關注的問題。
本文將介紹一種模型來預測雙面組件的一代獲得模擬地面電站、和分析雙面組件的一代獲得變異將這個模型應用于各種系統參數,如地面反射率,裝配高度,GCR組件的表面,和陰影遮擋。根據這些實驗結果，可以設計出最佳的系統安裝參數，以獲得更好的雙側發電增益。
01
雙邊增益光學模型介紹
目前，發電廠主流軟件仿真廠商和第三方研究機構普遍采用兩種光學模型來模擬雙面器件的產生增益，即視因子模型和光線跟蹤模型。下面詳細介紹兩種光學模型。
透視系數模型主要用于PVSyst、SAM、ISC Konstanz等廠家和機構。在雙邊模組模擬中，主要使用透視系數來表示從地面發出的輻射有多少能被模組背面接收。設:地面為A1，組件背面為A2，則FA1→A2為A1反射的輻射量，A2能接收到的比例。Ufuk Alper Yusufoglu在2014年第四屆國際晶體硅光伏大會上介紹了透視系數模型。計算公式如下:
在上面的公式:A1是指地面,A2是指組件,1是之間的夾角線年代A1正常n1和A1和A2,和2之間的夾角線年代A2正常n2和A1和A2。早在1981年，在《傳熱傳質書》8.3中，u. Gross對該公式進行了求解，其解圖如下:
對上述公式進一步推導得出:
如你所見，這是一個涉及到三維坐標系的公式，因此計算變得非常復雜。為了簡化計算公式，假設固定支架在東西方向上無限長，將三維坐標系簡化為二維坐標系。從側面看，簡化后的二維圖形如下:
通過對上圖中x坐標上各點的視角系數進行積分，就可以得到構件背面的總視角系數。
另外，由于斜入射模塊的光會被模塊阻擋在地面上產生陰影區域，所以只有散射光DHI才能被陰影區域反射。然而，在非陰影區域，直接光束水平輻射和DHI都會被反射。Iref,r，表示兩個區域反射的輻照度之和:
在上面的公式中,反照率代表了地面反射、濟代表了散射光的輻照度在陰影區域,GHI代表總直接和散射光的輻照度non-shaded地區代表視角系數之間的地面的陰影部分和后面的裝配,和代表之間的視角系數non-shaded地面的一部分,后面的組裝。通過上述公式，可以得到模塊背面接收到的總輻照度，進而可以計算雙面模塊背面的發電增益。
另一種射線追蹤模型主要是NREL、EDF R&D和Fraunhofer ISE。這個模型來源于計算機圖形學——光線追蹤，它主要用于計算通過計算機軟件模擬反射到人眼的光線數量。根據這一原理，可以計算出雙面組件背面的輻照度。
一個簡單的類比是把一個圖像描繪成人眼或照相機。當光線從一個物體上反射并進入我們的眼睛或相機時，我們可以看到這個物體，相機可以對它成像，如圖左上角所示。然而，大部分來自光源的光線并不進入人眼，所以沒有必要跟蹤那些不進入人眼的光線。
但是如何確定跟蹤哪條射線呢?計算機科學提供了一個相反的解決方案。如右圖所示，我們假設“人眼”發出的一定數量的光與虛擬三維物體相互作用后匯聚到光源，則需要對其進行跟蹤。“量”(影響渲染分辨率)和“交互”(影響渲染結果的真實性)都是人為控制的。上述過程可以用數學方法計算，并用計算機語言實現。
02
利用軟件模型研究了雙側組件發電的影響因素
影響雙面模塊背面發電增益的主要因素有地面反射率、組件高度、模塊對表面的GCR、陰影屏蔽等。利用PVsyst軟件(基于透視系數光學模型)模擬各因素對雙面組件背面發電的影響。
2.1表面反射率對雙面發電的影響
理論上，地面反射率越高，雙面組件背面的輻射越強，雙面增益也就越高。然而，雙邊增益與地面反射率之間的具體關系還需要進一步研究。
下圖通過軟件模擬了5個不同城市的地面反射率與雙面增益之間的關系，可以看出，雙面增益與地面反射率呈線性關系。這很容易理解，因為雙面組件背面的總輻照度公式也顯示了總輻照度與反射率之間的線性關系，表明仿真結果與理論一致。
2.2裝配高度對雙面產生的影響
因素,二維簡化模型根據視圖組件安裝高度增加時,視圖的因素變得越來越小,但接收輻照度會增加,所以雙功率增益和安裝高度不再是線性關系,低于模擬之間的關系分別為30%,50%,80%的地面反射情況下組件安裝高度變化引起的雙功率增益,可以看出在0和1米的安裝,兩倍增長呈快速增長趨勢，而在1米以上高度呈緩慢增長趨勢。
值得注意的是，當組件高度變化時，雙面組件背面接收到的輻照度均勻性也會發生變化，從而影響雙面組件背面的產生增益。下圖模擬了兩個高度下模塊背面照射的均勻性?？梢钥闯?，當安裝高度在1米左右時，模塊背面的照射均勻一致，有利于提高模塊的發電能力。
2.3 GCR對雙側發電的影響
GCR是方陣寬度與陣列間距之比。根據視角系數的二維簡化模型，當GCR變小時(即方陣間距變大)，視角系數變大，地面反射的輻照度變大。然而，由于GCR的變化與視場角度系數直接相關，且存在復雜的積分關系，使得雙側發電增益與GCR之間的函數關系變得復雜。
光伏廠家下圖模擬了由于GCR的變化而引起的雙邊增益的變化趨勢。可以看出，當GCR從0.25到0.5變化時，雙邊增益基本上呈線性關系，但當GCR從0.1到0.25變化時，雙邊增益的斜率減小，變化趨勢變緩。從理論上講，當方陣間距增大時，雙邊增益增大，但土地利用成本也相應增大。在電站設計中應綜合考慮雙側增益和雙側成本，尋找最優設計參數。
2.4陰影對雙面發電的影響
在某些情況下，構件背面的支架遮擋是不可避免的，如下圖所示。支架的高度(h)和支架的厚度(a)的變化都會影響組件背面接收到的光線。
對以上兩個參數進行仿真(如下圖所示)，可以看出，從元件上增加支架的高度或者減少支架的厚度，都可以減少屏蔽帶來的光損耗。如果無法避免支架在背面的遮擋，建議支架距構件高度至少40mm。
此外，龍機還研究了幀遮擋和雙側產生增益。如下圖所示的仿真結果表明，由幀引起的所有陰影遮擋都會導致光損耗。電池離框架越遠，屏蔽造成的光學損傷越小?？蚣鼙砻鍯離構件越高，光學損耗越大。
為了消除框架遮擋帶來的光損耗，龍記專門設計了不帶c側的短框架，并通過戶外測量驗證，如下圖所示。與傳統短幀相比，發電增益平均為0.6%。
綜上所述，影響雙面組件發電的主要因素有:地面反射率、組件安裝高度、組件對地表覆蓋(GCR)、陰影遮擋等。對于EPC來說，考慮以上因素將有助于設計最具成本效益的電站，為客戶帶來更多的實惠。
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