1 實驗情況簡介
1.1 光伏電站概況
戰石溝光伏電站位於張家口市沽源縣黃蓋淖鎮的西南側，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，場地現狀為草場平地，地表植被覆蓋率高。
該電站的二期專案建設了25 個光伏方陣，總容量約為25 MW。其中，24 個光伏方陣採用傳統的峰值功率為355 Wp 的單晶矽單面光伏元件( 下文簡稱“單面光伏元件”)，共計73728 塊，每個方陣均由3072 塊光伏元件構成，每個方陣的總容量為1.09056 MW；其餘的1 個光伏方陣採用峰值功率為350 Wp 的新型單晶矽雙玻雙面光伏元件( 下文簡稱“雙玻雙面光伏元件”)，共3072 塊，該方陣的總容量為1.07520 MW。該電站二期專案總共25 個光伏方陣，沿用一期編號，即25 個方陣的編號為51# 方陣至75# 方陣。雙玻雙面光伏元件全部位於戰石溝光伏電站二期專案的52# 方陣，由103# 和104# 逆變器將其發出的直流電逆變成交流電，再輸送至站內。
1.2 實驗方式
本次實驗採用對照實驗的方式。將安裝了雙玻雙面光伏元件的52# 方陣的103# 和104# 逆變器作為實驗組，將安裝了單面光伏元件的57# 方陣的113# 逆變器和64# 方陣的127# 逆變器作為對照組。實驗期間，103# 和104# 逆變器退出站內有功控制系統(AGC) 的控制，由其進行自由發電。
1.3 實驗資料記錄
本次實驗主要記錄雙玻雙面光伏元件及單面光伏元件在降雪天氣時及降雪後第2天的發電量，並對比相同情況下，2 種光伏元件發電量的差別。
1.4 實驗時間
本次實驗的時間段為2018 年10 月～2019 年4 月，資料採集期間共有11 次降雪記錄。
2 實驗資料分析
在實驗時間段內，降雪天氣時雙玻雙面光伏元件和單面光伏元件的發電量情況如表1 所示。從表1 中的資料可以看出，在降雪日，雙玻雙面光伏元件的平均日總髮電量為0.3528 萬kWh，單面光伏元件的平均日總髮電量為0.2266萬kWh，雙玻雙面光伏元件的平均日總髮電量相比單面光伏元件的平均日總髮電量平均增加了0.1263 萬kWh，增幅為55.74%。
為明確降雪天氣對雙玻雙面光伏元件發電量的影響，對降雪後第2 天的雙玻雙面光伏元件和單面光伏元件的發電能力進行了進一步的比較，具體資料如表2 所示。
在所有降雪後第2 天的發電量資料中，2019年2 月15 日，雙玻雙面光伏元件的單日發電量比單面光伏元件單日發電量的增加量最多，為0.1211 萬kWh，增幅為24.15%；在2019 年1 月2 日，雙玻雙面光伏元件的單日發電量比單面光伏元件單日發電量的增幅最大，為28.22%，該日發電量增加了0.1099 萬kWh；2019 年4 月25日，雙玻雙面光伏元件的單日發電量比單面光伏元件的單日發電量的增加量最少，僅增加了0.0253 萬kWh，增幅為4.04%；2019 年4 月10 日，雙玻雙面光伏元件的單日發電量比單面光伏元件的單日發電量的增幅最小，僅為3.65%，而該日發電量增加了0.0259 萬kWh。
由此可見，即使是在降雪後的次日，與傳統的單面光伏元件相比，雙玻雙面光伏元件在發電能力上仍具有較大優勢。
由於實驗採用的雙玻雙面光伏元件與傳統的單面光伏元件規格不同，1 個傳統的單面光伏方陣總容量為1.09056 MW；1 個新型雙玻雙面光伏方陣總容量為1.07520 MW，為保證資料的合理可靠性，將實驗組的日總髮電量換算成日總可利用小時數後，再次進行比較。換算後的值如表3 所示。
3 原因分析及結論
從上文的資料分析可以看出，在降雪日及降雪後第2 天，雙玻雙面光伏元件的發電能力都優於傳統的單面光伏元件，分析原因為以下2 點。
1) 降雪時及降雪後，光伏元件上會有不同程度的覆雪情況發生。由於雙玻雙面光伏元件背面可透過漫反射實現光電轉換從而繼續發電，因此在雙玻雙面光伏元件正面被積雪覆蓋後，其可以透過背部進行光電轉換；且在轉換過程中釋放的熱量又會使元件正面緊貼元件處的積雪快速融化，形成水層，減少了積雪與元件間的摩擦力，在重力作用下可使元件表面的積雪滑落，減少元件正面被積雪覆蓋的面積和被覆蓋的時間，使元件正面更快速的暴露在陽光下。透過觀察後發現，降雪後，雙玻雙面光伏元件僅用約1～3 h 即可將自身元件正面的積雪清理乾淨。
而降雪後，傳統的單面光伏元件在無人為干預的情況下，根據不同的天氣情況，大約需要半天至數天才能將自身元件正面的積雪清理乾淨。
因此，與單面光伏元件相比，採用雙玻雙面光伏元件除發電量有所提升，還可有效減輕光伏電站每年的除雪壓力，並減少除雪方面的費用支出。
2) 由於雪天過後地表被積雪覆蓋，地表反射陽光的能力增強，即背景反射率增大，使雙玻雙面光伏元件背面的發電能力增強。而傳統的單面光伏元件卻無法利用這一部分能量。
4 結論
本文采用對照實驗的方法，對戰石溝光伏電站二期專案中採用的雙玻雙面光伏元件及單面光伏元件在降雪日及降雪後第2 天的發電量情況進行了實驗研究。對實驗資料進行分析後得出以下結論：
1) 相較於傳統的單面光伏元件，雙玻雙面光伏元件在降雪後具有更強的發電能力。與單面光伏元件相比，在降雪日，雙玻雙面光伏元件的平均日總髮電量的增幅為55.74%；即使是在降雪後的第2 天，雙玻雙面光伏元件的平均日總髮電量的增幅仍能達到11.34%。若按可利用小時數計算，在降雪日，雙玻雙面光伏元件的平均增幅為57.92%，降雪後第2 天的平均增幅為12.92%，總平均增幅為27.39%。
2) 採用雙玻雙面光伏元件後，可有效減輕光伏電站每年的除雪壓力，並可減少電站在除雪方面的費用支出。
3) 由於地表積雪使地表反射陽光的能力增強，因此相較於降雪前，在降雪後雙玻雙面光伏元件的發電能力可得到提升，直到積雪消散。綜上所述，相比於傳統的單面光伏元件，雙玻雙面光伏元件在冬季降雪豐富、積雪時間較長的地區有更大的執行優勢。
作者 | 李永鑫，苑海濤
單位 | 國家電力投資集團河北電力有限公司張家口分公司
來源 | 《太陽能》2020年第10期(總第318期)