在经历了2017 年之前的快速发展后，随着补贴缺口及消纳能力等制约因素的出现，中国光伏发电产业逐步由过去粗放型增长、追求规模扩大开始向精细化发展、追求质量转变。为探索光伏发电新技术、新应用在实际生产中的运用情况，在转变中占得先机，国家电力投资集团河北电力有限公司张家口分公司将关注点放在新型的双玻双面光伏组件上。在其战石沟光伏电站的二期项目建设中，选择将其中的1 MW 装机容量采用了新型的双玻双面光伏组件。本文以该光伏电站的运行数据为基础，采用对照实验的方法，验证了在实际生产中降雪时和降雪后新型双玻双面光伏组件的运行情况。
1 实验情况简介
1.1 光伏电站概况
战石沟光伏电站位于张家口市沽源县黄盖淖镇的西南侧，其地理位置为41°32′0.38′′N、115°17′42.8′′E。电站的地面高程约为1417 m，场地现状为草场平地，地表植被覆盖率高。
该电站的二期项目建设了25 个光伏方阵，总容量约为25 MW。其中，24 个光伏方阵采用传统的峰值功率为355 Wp 的单晶硅单面光伏组件( 下文简称“单面光伏组件”)，共计73728 块，每个方阵均由3072 块光伏组件构成，每个方阵的总容量为1.09056 MW；其余的1 个光伏方阵采用峰值功率为350 Wp 的新型单晶硅双玻双面光伏组件( 下文简称“双玻双面光伏组件”)，共3072 块，该方阵的总容量为1.07520 MW。该电站二期项目总共25 个光伏方阵，沿用一期编号，即25 个方阵的编号为51# 方阵至75# 方阵。双玻双面光伏组件全部位于战石沟光伏电站二期项目的52# 方阵，由103# 和104# 逆变器将其发出的直流电逆变成交流电，再输送至站内。
1.2 实验方式
本次实验采用对照实验的方式。将安装了双玻双面光伏组件的52# 方阵的103# 和104# 逆变器作为实验组，将安装了单面光伏组件的57# 方阵的113# 逆变器和64# 方阵的127# 逆变器作为对照组。实验期间，103# 和104# 逆变器退出站内有功控制系统(AGC) 的控制，由其进行自由发电。
1.3 实验数据记录
本次实验主要记录双玻双面光伏组件及单面光伏组件在降雪天气时及降雪后第2天的发电量，并对比相同情况下，2 种光伏组件发电量的差别。
1.4 实验时间
本次实验的时间段为2018 年10 月～2019 年4 月，数据采集期间共有11 次降雪记录。
2 实验数据分析
在实验时间段内，降雪天气时双玻双面光伏组件和单面光伏组件的发电量情况如表1 所示。从表1 中的数据可以看出，在降雪日，双玻双面光伏组件的平均日总发电量为0.3528 万kWh，单面光伏组件的平均日总发电量为0.2266万kWh，双玻双面光伏组件的平均日总发电量相比单面光伏组件的平均日总发电量平均增加了0.1263 万kWh，增幅为55.74%。
在所有降雪日的发电量数据中，2018 年11月4 日，双玻双面光伏组件的单日发电量比单面光伏组件的单日发电量的增加量最多，为0.867万kWh，且增幅最大，达270.09%；而在2019年4 月24 日，双玻双面光伏组件的单日发电量比单面光伏组件的单日发电量的增加量最少，仅增加了0.0102 万kWh，增幅为20.99%；在2019年3 月29 日，双玻双面光伏组件的单日发电量比单面光伏组件的单日发电量的增幅最小，仅为2.78%，而该日发电量增加了0.0141 万kWh。由此可以看出，在降雪天气时，相较于传统的单面光伏组件，双玻双面光伏组件具有更强的发电能力。
为明确降雪天气对双玻双面光伏组件发电量的影响，对降雪后第2 天的双玻双面光伏组件和单面光伏组件的发电能力进行了进一步的比较，具体数据如表2 所示。
从表2 中的数据可以看出，在降雪后第2 天，双玻双面光伏组件的平均日总发电量仍有增加，其比单面光伏组件的平均日总发电量平均增加了0.0597 万kWh，增幅为11.34%。
在所有降雪后第2 天的发电量数据中，2019年2 月15 日，双玻双面光伏组件的单日发电量比单面光伏组件单日发电量的增加量最多，为0.1211 万kWh，增幅为24.15%；在2019 年1 月2 日，双玻双面光伏组件的单日发电量比单面光伏组件单日发电量的增幅最大，为28.22%，该日发电量增加了0.1099 万kWh；2019 年4 月25日，双玻双面光伏组件的单日发电量比单面光伏组件的单日发电量的增加量最少，仅增加了0.0253 万kWh，增幅为4.04%；2019 年4 月10 日，双玻双面光伏组件的单日发电量比单面光伏组件的单日发电量的增幅最小，仅为3.65%，而该日发电量增加了0.0259 万kWh。
由此可见，即使是在降雪后的次日，与传统的单面光伏组件相比，双玻双面光伏组件在发电能力上仍具有较大优势。
由于实验采用的双玻双面光伏组件与传统的单面光伏组件规格不同，1 个传统的单面光伏方阵总容量为1.09056 MW；1 个新型双玻双面光伏方阵总容量为1.07520 MW，为保证数据的合理可靠性，将实验组的日总发电量换算成日总可利用小时数后，再次进行比较。换算后的值如表3 所示。
从表3 可以看出，降雪天，双玻双面光伏组件的可利用小时数比单面光伏组件的可利用小时数的平均增幅为57.92%，降雪后第2 天的平均增幅为12.92%，降雪日及降雪后第2 天的总平均增幅为27.39%；其中最大增幅为275.38%，最小增幅为4.24%。这些数据进一步体现了双玻双面光伏组件相比于传统的单面光伏组件在发电能力方面的优势。
3 原因分析及结论
从上文的数据分析可以看出，在降雪日及降雪后第2 天，双玻双面光伏组件的发电能力都优于传统的单面光伏组件，分析原因为以下2 点。
1) 降雪时及降雪后，光伏组件上会有不同程度的覆雪情况发生。由于双玻双面光伏组件背面可通过漫反射实现光电转换从而继续发电，因此在双玻双面光伏组件正面被积雪覆盖后，其可以通过背部进行光电转换；且在转换过程中释放的热量又会使组件正面紧贴组件处的积雪快速融化，形成水层，减少了积雪与组件间的摩擦力，在重力作用下可使组件表面的积雪滑落，减少组件正面被积雪覆盖的面积和被覆盖的时间，使组件正面更快速的暴露在阳光下。通过观察后发现，降雪后，双玻双面光伏组件仅用约1～3 h 即可将自身组件正面的积雪清理干净。
而降雪后，传统的单面光伏组件在无人为干预的情况下，根据不同的天气情况，大约需要半天至数天才能将自身组件正面的积雪清理干净。
因此，与单面光伏组件相比，采用双玻双面光伏组件除发电量有所提升，还可有效减轻光伏电站每年的除雪压力，并减少除雪方面的费用支出。
2) 由于雪天过后地表被积雪覆盖，地表反射阳光的能力增强，即背景反射率增大，使双玻双面光伏组件背面的发电能力增强。而传统的单面光伏组件却无法利用这一部分能量。
4 结论
本文采用对照实验的方法，对战石沟光伏电站二期项目中采用的双玻双面光伏组件及单面光伏组件在降雪日及降雪后第2 天的发电量情况进行了实验研究。对实验数据进行分析后得出以下结论：
1) 相较于传统的单面光伏组件，双玻双面光伏组件在降雪后具有更强的发电能力。与单面光伏组件相比，在降雪日，双玻双面光伏组件的平均日总发电量的增幅为55.74%；即使是在降雪后的第2 天，双玻双面光伏组件的平均日总发电量的增幅仍能达到11.34%。若按可利用小时数计算，在降雪日，双玻双面光伏组件的平均增幅为57.92%，降雪后第2 天的平均增幅为12.92%，总平均增幅为27.39%。
2) 采用双玻双面光伏组件后，可有效减轻光伏电站每年的除雪压力，并可减少电站在除雪方面的费用支出。
3) 由于地表积雪使地表反射阳光的能力增强，因此相较于降雪前，在降雪后双玻双面光伏组件的发电能力可得到提升，直到积雪消散。综上所述，相比于传统的单面光伏组件，双玻双面光伏组件在冬季降雪丰富、积雪时间较长的地区有更大的运行优势。
作者 | 李永鑫，苑海涛
单位 | 国家电力投资集团河北电力有限公司张家口分公司
来源 | 《太阳能》2020年第10期(总第318期)
