低緯度下雙面光伏發(fā)電增益分析研究

0 引言

作為綠色能源的種類之一，光伏具有清潔、安全和資源豐富等特點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注與研究。隨著雙面光伏組件應(yīng)用的逐步推廣，其在各種情景下相對(duì)于單面組件的雙面發(fā)電增益(Bifacial Gain in Energy,BGE)是目前研究的重點(diǎn)。

點(diǎn)擊“學(xué)分明細(xì)”查看進(jìn)入學(xué)分明細(xì)查看頁面，該頁面是以列表形式展示，頂部為一個(gè)Tab切換欄，可以查看分院學(xué)分和社區(qū)學(xué)分，分院的學(xué)分就是申請的第二課堂學(xué)分，社區(qū)的學(xué)分主要是學(xué)生報(bào)名參加活動(dòng)后所得到的學(xué)分，列表主要展示活動(dòng)的名稱，點(diǎn)擊可展開，展開后，可以查看所獲得的學(xué)分，以及該學(xué)分所屬的模塊以及最后處理的時(shí)間，如圖7所示。

Molin 等在林雪平市(58°N)研究發(fā)現(xiàn)，在安裝傾角為40°且反射率為25%的朝南系統(tǒng)中年化BGE 為5%

。Pelaez 等研究人員模擬研究了雙面光伏組件搭配單軸跟蹤系統(tǒng)的背面輻照度增益，結(jié)果表明，在一些高反射率地區(qū)，背面輻照度增益可以達(dá)到20%，全球平均值在9%左右

。Sun 等研究人員通過建立輻照度模型來模擬雙面光伏組件的發(fā)電量，研究結(jié)果表明，當(dāng)反射率為50 %且組件安裝高度為1 m 時(shí)全球的平均BGE能達(dá)到 30%

。在 34°N

，47°N 以及 27°N

，30°N 以及59°N

的實(shí)證平臺(tái)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)安裝傾角、安裝高度以及背景反射率對(duì)于BGE均有影響。Aguilella 等推導(dǎo)在亞利桑那(32°N)及紐約(41°N)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到一個(gè)適用于離開赤道21°至51°緯度區(qū)間的BGE 預(yù)估模型，在這個(gè)研究的基礎(chǔ)上又通過模擬得到了對(duì)應(yīng)不同安裝方位角的修正系數(shù)

。

目前對(duì)于BGE 的研究存在的問題主要有以下三點(diǎn)：

1)大多數(shù)傳統(tǒng)安裝方式的BGE 研究集中在30°以上的高緯度區(qū)域；

2)大多數(shù)BGE的研究集中在北半球，研究區(qū)域在南半球的極少；

3)對(duì)于BGE與緯度之間關(guān)系的相關(guān)研究極少。

本文使用了Pvsyst模擬計(jì)算了在30°S-30°N之間13 個(gè)地點(diǎn)的對(duì)應(yīng)于不同安裝條件下的BGE，分析了緯度對(duì)于BGE 的影響，建立了緯度與BGE之間的聯(lián)系，并且以5°為間隔建立了在低緯度30°S-30°N之間的BGE模型。

1 實(shí)驗(yàn)

第一部分的實(shí)證數(shù)據(jù)取自奉賢實(shí)證平臺(tái)，平臺(tái)鋪設(shè)了草地、鋁箔、沙地、白漆及水泥五個(gè)不同的地面背景，在水泥地面上分別放置安裝傾角為15°、30°和45°的雙面光伏組件，其余組件安裝傾角均為30°。本文選取了一塊常規(guī)單晶單面組件作為參考組件安裝在水泥地面上，安裝角度為30°。所有組件最小安裝高度均為0.55 m。所有組件的安裝方位角為169°，常規(guī)的BGE研究中組件安裝方位角為180°。根據(jù)研究人員的研究結(jié)果表明，在方位角為169°時(shí)對(duì)BGE開展研究，由方位角導(dǎo)致的誤差可以忽略不計(jì)

。另外，平臺(tái)配有功率優(yōu)化器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)匯總器以及八要素氣象站，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集氣象數(shù)據(jù)以及組件功率，定時(shí)采集組件累計(jì)發(fā)電量。

對(duì)于

以及

，并未展現(xiàn)出良好的對(duì)稱性。以整體變化趨勢而言，

與緯度大致上是正相關(guān)的，而

與緯度之間的關(guān)系則是不明確的。

第二部分的實(shí)證數(shù)據(jù)選自第三方研究。第三方的實(shí)證平臺(tái)搭建于美國亞利桑那州圖桑市(32°N)，組件安裝方位角為180°，所使用雙面光伏組件BF為95%

。

整體驗(yàn)證過程的流程圖如圖1所示。圖中給出了模擬選用的組件以及設(shè)置條件。為了保證前后陣列間無遮擋，模擬中土地覆蓋率固定設(shè)置為49.5%。

模擬驗(yàn)證結(jié)果見表2，情景1至情景3為第三方研究數(shù)據(jù)。表中數(shù)據(jù)均使用組件功率以及雙面組件的BF進(jìn)行了歸一化處理。

從表2 數(shù)據(jù)可見，草地情景下的誤差最高，相對(duì)誤差比例超過了20 %。其余情景的誤差都較小，驗(yàn)證了在一定安裝條件設(shè)置范圍內(nèi)使用PV-syst 模擬結(jié)果來計(jì)算BGE 的可靠性，可靠的模擬設(shè)置范圍為：安裝傾角10°～45°；最小安裝高度0.2～0.76 m；反射率16%至80%。

2 分析與討論

2.1 緯度的影響

本文在Aguilella 等的研究基礎(chǔ)上建立了基本年化BGE預(yù)估模型

，見式(1)。

l——緯度的修正系數(shù)，單位“°”；

式中，

和

是擬合系數(shù)，單位分別是“ °”“m”和“%”；

是雙面光伏組件安裝傾角，單位“°”，范圍為10°～45°；

是雙面光伏組件最小安裝高度，范圍為0.2～0.75 m；

是雙面光伏組件安裝背景反射率，單位%，范圍為16%～80%。

別，你別笑。我這絕不是杞人憂天，也不是自己嚇唬自己，這樣的麻煩，已經(jīng)咣當(dāng)一家伙砸到胡家灣的胡二能頭上了。胡二能跟我一樣，是胡家灣村巡夜的。有天晚上執(zhí)行任務(wù)時(shí)，碰到有人牽著幾只羊，也不知胡二能出于好奇還是對(duì)工作負(fù)責(zé)，跟人家打了聲招呼，結(jié)果你猜怎么著，人家扭過頭來噗嗤就是一刀，把胡二能的腸子攮了十幾個(gè)窟窿，血咕嘟咕嘟地冒，差點(diǎn)就變成鬼了。過后胡二能還納悶，說這人真雞巴不懂事，我好聲好氣跟他打個(gè)招呼，怎么上來就一刀呢。

本文在30°S-30°N的低緯度區(qū)間內(nèi)以大約5°為間隔共選取了13 個(gè)地點(diǎn)作為模擬地點(diǎn)，盡可能保證選取地點(diǎn)的緯度關(guān)于赤道的南北對(duì)稱性。使用Pvsyst 模擬得到了各個(gè)地點(diǎn)不同安裝條件下的BGE 數(shù)值，將所有數(shù)據(jù)通過Matlab 求解超定方程組后得到了每一個(gè)地點(diǎn)

、

以及

的數(shù)值。本文選取地點(diǎn)的地理信息以及各個(gè)地點(diǎn)的擬合系數(shù)值見表3。

假設(shè)2臺(tái)機(jī)組正在運(yùn)行，系統(tǒng)負(fù)荷變小時(shí)，冷凍供水泵將減小所供應(yīng)的水量，機(jī)組感應(yīng)到水量變小，即反映到機(jī)組的負(fù)荷相應(yīng)減小，當(dāng)2臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷達(dá)到或者小于1臺(tái)機(jī)組的總負(fù)荷時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)減機(jī)延時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間后關(guān)掉其中一臺(tái)機(jī)組，使另一臺(tái)機(jī)組在高負(fù)荷狀況下能夠同時(shí)滿足系統(tǒng)負(fù)荷的要求。

表3 中緯度的正值代表在北半球，經(jīng)度的正值代表在格林威治以東。圖2將表中的數(shù)據(jù)通過可視化呈現(xiàn)，可更直觀地看出

、

以及

隨緯度變化的趨勢。圖中地點(diǎn)的名字以其所在緯度的整數(shù)形式表示，如倫博以15 S代替。

從圖2 (a)中可以發(fā)現(xiàn)擬合系數(shù)

在30°S 至30°N間呈現(xiàn)了一個(gè)很好的對(duì)稱性。另外，在緯度從赤道開始往遠(yuǎn)離赤道的方向變化時(shí)，

與緯度是負(fù)相關(guān)的關(guān)系，同時(shí)根據(jù)圖片推測兩者的變化大約是呈反比的趨勢。

與緯度之間負(fù)相關(guān)的原因主要是緯度越高，一年之中的太陽高度角越小，當(dāng)改變雙面光伏組件安裝傾角時(shí)，組件的自遮蔽陰影變化速度也會(huì)相應(yīng)變慢，因此由于改變安裝傾角而導(dǎo)致組件背面接收輻照度的變化也會(huì)相應(yīng)變?nèi)?，表現(xiàn)為更小的

值。

為載流導(dǎo)體的厚度，m；RT為熱阻系數(shù)，m2·K/W；ΔT為熱傳遞雙方的溫差，K。熱通道中熱量傳遞與電路中電流回路類似，熱量傳遞時(shí)的等值熱通道模型遵守類似于電路中的基爾霍夫定律。計(jì)算時(shí)首先由熱電比擬理論按各傳熱環(huán)節(jié)的熱傳遞方式，求取熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對(duì)流對(duì)應(yīng)的熱導(dǎo)系數(shù)等參數(shù)，建立基于熱通道的熱點(diǎn)溫度計(jì)算模型，再將熱源熱量代入該模型求解出斷路器內(nèi)部熱點(diǎn)溫度。

所有奉賢平臺(tái)的組件均使用IEC 60904的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表1，雙面組件的雙面系數(shù)(Bifaciality, BF)均為86 %。背景地面的反射率使用標(biāo)準(zhǔn)輻照計(jì)在正午測得。

式(2)中所有的參數(shù)通過非線性擬合進(jìn)行推導(dǎo)，將表3中各個(gè)選取地點(diǎn)

的數(shù)值以及對(duì)應(yīng)的緯度作為數(shù)據(jù)點(diǎn)代入擬合，擬合后的曲線圖見圖4。

從圖3 中可以發(fā)現(xiàn)，BGE 的峰值出現(xiàn)在赤道。在緯度從赤道往遠(yuǎn)離赤道的方向變化時(shí)，在0°至25°的區(qū)間內(nèi)，BGE 呈下降趨勢，原因是一年之中太陽的直射點(diǎn)只能在南回歸線(23°26′S)以及北回歸線(23°26′N)之間移動(dòng)，如果在0°至23°26′的區(qū)間內(nèi)使用光伏組件，一年中在部分時(shí)間段內(nèi)太陽會(huì)移動(dòng)到組件的正后方，越靠近赤道這一時(shí)間段就越長，這直接影響了組件正面所能接收到的輻照量。與之相比，雙面光伏組件的背面也能夠接收太陽光進(jìn)行發(fā)電，因此，越靠近赤道，BGE 就會(huì)更高。在南回歸線至北回歸線的緯度區(qū)間內(nèi)，使用雙面光伏組件更為有利。而其中在15°S 與20°S的BGE 變化有一個(gè)輕微的上升，推測導(dǎo)致這一離散點(diǎn)的原因主要是所選地點(diǎn)之間的氣象差異。

總體而言，在緯度更高的地區(qū)，

的數(shù)值會(huì)更小，

的數(shù)值會(huì)更大。換言之，在緯度更高的地區(qū)，BGE對(duì)于雙面光伏組件安裝傾角的變化更不敏感，而對(duì)于雙面光伏組件最小安裝高度的變化更敏感。另外，在南回歸線至北回歸線的緯度區(qū)間內(nèi)，使用雙面光伏組件是更為有利的。

吳建軍：相較于以往，《通知》的亮點(diǎn)，首先是切實(shí)的稅收優(yōu)惠政策和減稅力度，推進(jìn)增值稅等實(shí)質(zhì)性減稅以及對(duì)小微企業(yè)和科技型初創(chuàng)企業(yè)實(shí)施普惠性稅收免除等。其次是“互聯(lián)網(wǎng)+稅務(wù)”，對(duì)電子繳稅的便利和統(tǒng)一進(jìn)行了創(chuàng)新型優(yōu)化。最后是民營企業(yè)的法律救濟(jì)權(quán)利的充分保障，建立納稅人訴求和意見處理的快速反應(yīng)機(jī)制，提高辦事效率。此次減稅降負(fù)充分發(fā)揮了稅收這一經(jīng)濟(jì)杠桿支持民營企業(yè)發(fā)展的作用，將有效促進(jìn)民營經(jīng)濟(jì)發(fā)展壯大。減稅降負(fù)的舉措在給民營企業(yè)發(fā)展帶來實(shí)際利好的同時(shí)，也能進(jìn)一步激發(fā)民營企業(yè)創(chuàng)新活力，助推“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”，推進(jìn)供給側(cè)改革，促進(jìn)民營經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

2.2 低緯度BGE模型

前文推測

與緯度之間是呈反比例關(guān)系，基于這一關(guān)系建立了

以及緯度之間的反比例函數(shù)關(guān)系式，見式（2）。

舒芬太尼聯(lián)合右美托咪定對(duì)AECOPD機(jī)械通氣患者ICU獲得性衰弱的影響 ……………………………… 鄧佳林等（6）：820

式中，

——擬合系數(shù)，單位：“ °”；

式中，

——地點(diǎn)的緯度，單位：°；

——緯度，單位“°”；

在得到所有衛(wèi)星的測距偏差曲線后，取其均值可得到衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的測距公共誤差，此誤差在定位解算方程式中被消除，不會(huì)造成用戶定位產(chǎn)生偏差，只會(huì)影響用戶授時(shí)精度，將各衛(wèi)星測距偏差減去公共偏差后得到的偏差曲線定義為測距自然偏差，該偏差能夠真實(shí)反應(yīng)B1I信號(hào)之間的測距差異，是衡量測距性能的重要標(biāo)準(zhǔn)[7].

m——整體的修正系數(shù)，單位“°”。

2.2.2 定量限 據(jù)添加回收率試驗(yàn)，在上述色譜條件下咪鮮胺及其代謝物在絲瓜中的最低檢出濃度為0.02 mg／kg。

為了分析在30°S 至30°N 之間不同緯度下的BGE，本文設(shè)定了5 種安裝情景，安裝條件均勻覆蓋了經(jīng)驗(yàn)證的模擬條件設(shè)置范圍。將設(shè)置安裝情景中的安裝參數(shù)代入到式(1)中，

、

以及

的數(shù)值根據(jù)地點(diǎn)取表3 中的數(shù)據(jù)計(jì)算BGE。設(shè)置的安裝情景見表4，計(jì)算結(jié)果見圖3。

中國建設(shè)銀行國內(nèi)第一家無人銀行已在上海正式營業(yè)，在這家銀行中，沒有一個(gè)保安，取而代之的是人臉識(shí)別的閘門和敏銳的攝像頭；找不到一個(gè)大堂經(jīng)理，取而代之的是會(huì)微笑說話，對(duì)你噓寒問暖的機(jī)器人；更找不到一個(gè)柜員，取而代之的是更高效率，懂你所要的智能柜員機(jī)。

從圖4可見，大多數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)落在擬合曲線上，少數(shù)的誤差離散點(diǎn)也能均勻分布在曲線兩側(cè)，擬合校正決定系數(shù)為0.981 65，大于0.95。因此，擬合是成功的。經(jīng)非線性擬合處理后得到式(2)中的未知參數(shù)，k為14.024，l為32.983°，m為-0.175°，式(2)可以被改寫成式（3）。

結(jié)合式(1)、(3)以及表3 中的數(shù)據(jù)建立了低緯度30°S-30°N 之間的年化BGE 模型。式(1) 中的擬合系數(shù)

使用式(3)的關(guān)系式進(jìn)行代入替換，所建立模型如式(4)所示。

k——為常數(shù)；

——安裝傾角，范圍為10°～45°；

、

——擬合系數(shù)，單位：m和%；

——雙面光伏組件最小安裝高度，范圍為0.2～0.75 m；

——雙面光伏組件安裝背景反射率，單位%，范圍為16%～80%。；

式中的(

[%]/75%)這一項(xiàng)可以看作是雙面系數(shù)的轉(zhuǎn)換系數(shù)。本模型適用于30°S 至30°N之間固定安裝傾角的系統(tǒng)。

在30°S-30°N 之間不同緯度下

的數(shù)值以及

的數(shù)值均使用了表3 中的數(shù)據(jù)，表5 以5°為間隔羅列了不同緯度下

以及

的數(shù)值。

2017年6月30—2018年6月30，學(xué)校師生共計(jì)申請專利110項(xiàng)，其中發(fā)明專利69項(xiàng)， 2016年—2017年同期共計(jì)申請專利57項(xiàng)，其中發(fā)明專利41項(xiàng)，同比分別增長92.98%、68.29%。

為了驗(yàn)證模型的可靠性，本文選取了第三方的研究數(shù)據(jù)與模型計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。為了統(tǒng)一對(duì)比量，BGE 通過式（5）轉(zhuǎn)換，有助于與單面參考組件相對(duì)比的雙面發(fā)電量(Bifacial Energy Yield,BEY)。

再一封信，楊小水突然就說離了婚的表姐怎么怎么了。蘇楠估摸著，時(shí)間這么長了，常江可能是弄丟了其中的一封或兩封信。還有一種可能是，常江根本就沒收到那封講她離婚的信，或許是郵寄的過程中遺失了。

由于在低緯度區(qū)間內(nèi)的研究有限，本文僅選取了一些在30°N附近的研究，第三方研究的地點(diǎn)為開羅(30°N)、埃拉特(29°N)以及艾高娜(27°N)。其中，一些組件安裝條件不適用于本文推導(dǎo)模型的第三方研究數(shù)據(jù)也被納入對(duì)比范圍，對(duì)比結(jié)果見表6。

從表6 數(shù)據(jù)可見，使用低緯度年化BGE 模型，計(jì)算模型適用范圍內(nèi)的情況時(shí)，誤差遠(yuǎn)比計(jì)算模型適用范圍外的情況低。在模型適用范圍內(nèi)的情況下，誤差比例均在4%以內(nèi)，符合公認(rèn)的應(yīng)用于估算發(fā)電量的模型3%～4%的精度。

3 結(jié)論

本文使用了PVsyst 光伏模擬軟件計(jì)算了在30°S-30 °N 之間13 個(gè)地點(diǎn)的對(duì)應(yīng)于不同安裝條件下的BGE，分析了緯度對(duì)BGE 的影響，發(fā)現(xiàn)在緯度更高的地區(qū)，BGE對(duì)于雙面光伏組件安裝傾角的變化更不敏感，而對(duì)于雙面光伏組件最小安裝高度的變化更敏感。另外，在南回歸線至北回歸線的緯度區(qū)間內(nèi)，使用雙面光伏組件更為有利。在分析的基礎(chǔ)上本文建立了緯度與BGE之間的聯(lián)系，并且以5°緯度為間隔建立了在低緯度30°S至30°N之間的年化BGE模型，使用所建立的模型計(jì)算數(shù)據(jù)與第三方的研究數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，誤差比例在4 %以內(nèi)，驗(yàn)證了模型的可靠性。

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