与单面电池相比，双面电池的背面也吸收阳光，以增加双面电池的发电量。影响双边部件的发电因素是什么，如何优化这些因素的设计以实现更高的系统发电是电厂承包商和客户关注的问题。
本文将介绍一种模型来预测双面组件的一代获得模拟地面电站、和分析双面组件的一代获得变异将这个模型应用于各种系统参数,如地面反射率,装配高度,GCR组件的表面,和阴影遮挡。根据这些实验结果，可以设计出最佳的系统安装参数，以获得更好的双侧发电增益。
01
双边增益光学模型介绍
目前，发电厂主流软件仿真厂商和第三方研究机构普遍采用两种光学模型来模拟双面器件的产生增益，即视因子模型和光线跟踪模型。下面详细介绍两种光学模型。
透视系数模型主要用于PVSyst、SAM、ISC Konstanz等厂家和机构。在双边模组模拟中，主要使用透视系数来表示从地面发出的辐射有多少能被模组背面接收。设:地面为A1，组件背面为A2，则FA1→A2为A1反射的辐射量，A2能接收到的比例。Ufuk Alper Yusufoglu在2014年第四届国际晶体硅光伏大会上介绍了透视系数模型。计算公式如下:
在上面的公式:A1是指地面,A2是指组件,1是之间的夹角线年代A1正常n1和A1和A2,和2之间的夹角线年代A2正常n2和A1和A2。早在1981年，在《传热传质书》8.3中，u. Gross对该公式进行了求解，其解图如下:
对上述公式进一步推导得出:
如你所见，这是一个涉及到三维坐标系的公式，因此计算变得非常复杂。为了简化计算公式，假设固定支架在东西方向上无限长，将三维坐标系简化为二维坐标系。从侧面看，简化后的二维图形如下:
通过对上图中x坐标上各点的视角系数进行积分，就可以得到构件背面的总视角系数。
另外，由于斜入射模块的光会被模块阻挡在地面上产生阴影区域，所以只有散射光DHI才能被阴影区域反射。然而，在非阴影区域，直接光束水平辐射和DHI都会被反射。Iref,r，表示两个区域反射的辐照度之和:
在上面的公式中,反照率代表了地面反射、济代表了散射光的辐照度在阴影区域,GHI代表总直接和散射光的辐照度non-shaded地区代表视角系数之间的地面的阴影部分和后面的装配,和代表之间的视角系数non-shaded地面的一部分,后面的组装。通过上述公式，可以得到模块背面接收到的总辐照度，进而可以计算双面模块背面的发电增益。
另一种射线追踪模型主要是NREL、EDF R&D和Fraunhofer ISE。这个模型来源于计算机图形学——光线追踪，它主要用于计算通过计算机软件模拟反射到人眼的光线数量。根据这一原理，可以计算出双面组件背面的辐照度。
一个简单的类比是把一个图像描绘成人眼或照相机。当光线从一个物体上反射并进入我们的眼睛或相机时，我们可以看到这个物体，相机可以对它成像，如图左上角所示。然而，大部分来自光源的光线并不进入人眼，所以没有必要跟踪那些不进入人眼的光线。
但是如何确定跟踪哪条射线呢?计算机科学提供了一个相反的解决方案。如右图所示，我们假设“人眼”发出的一定数量的光与虚拟三维物体相互作用后汇聚到光源，则需要对其进行跟踪。“量”(影响渲染分辨率)和“交互”(影响渲染结果的真实性)都是人为控制的。上述过程可以用数学方法计算，并用计算机语言实现。
02
利用软件模型研究了双侧组件发电的影响因素
影响双面模块背面发电增益的主要因素有地面反射率、组件高度、模块对表面的GCR、阴影屏蔽等。利用PVsyst软件(基于透视系数光学模型)模拟各因素对双面组件背面发电的影响。
2.1表面反射率对双面发电的影响
理论上，地面反射率越高，双面组件背面的辐射越强，双面增益也就越高。然而，双边增益与地面反射率之间的具体关系还需要进一步研究。
下图通过软件模拟了5个不同城市的地面反射率与双面增益之间的关系，可以看出，双面增益与地面反射率呈线性关系。这很容易理解，因为双面组件背面的总辐照度公式也显示了总辐照度与反射率之间的线性关系，表明仿真结果与理论一致。
2.2装配高度对双面产生的影响
因素,二维简化模型根据视图组件安装高度增加时,视图的因素变得越来越小,但接收辐照度会增加,所以双功率增益和安装高度不再是线性关系,低于模拟之间的关系分别为30%,50%,80%的地面反射情况下组件安装高度变化引起的双功率增益,可以看出在0和1米的安装,两倍增长呈快速增长趋势，而在1米以上高度呈缓慢增长趋势。
值得注意的是，当组件高度变化时，双面组件背面接收到的辐照度均匀性也会发生变化，从而影响双面组件背面的产生增益。下图模拟了两个高度下模块背面照射的均匀性。可以看出，当安装高度在1米左右时，模块背面的照射均匀一致，有利于提高模块的发电能力。
2.3 GCR对双侧发电的影响
GCR是方阵宽度与阵列间距之比。根据视角系数的二维简化模型，当GCR变小时(即方阵间距变大)，视角系数变大，地面反射的辐照度变大。然而，由于GCR的变化与视场角度系数直接相关，且存在复杂的积分关系，使得双侧发电增益与GCR之间的函数关系变得复杂。
光伏厂家下图模拟了由于GCR的变化而引起的双边增益的变化趋势。可以看出，当GCR从0.25到0.5变化时，双边增益基本上呈线性关系，但当GCR从0.1到0.25变化时，双边增益的斜率减小，变化趋势变缓。从理论上讲，当方阵间距增大时，双边增益增大，但土地利用成本也相应增大。在电站设计中应综合考虑双侧增益和双侧成本，寻找最优设计参数。
2.4阴影对双面发电的影响
在某些情况下，构件背面的支架遮挡是不可避免的，如下图所示。支架的高度(h)和支架的厚度(a)的变化都会影响组件背面接收到的光线。
对以上两个参数进行仿真(如下图所示)，可以看出，从元件上增加支架的高度或者减少支架的厚度，都可以减少屏蔽带来的光损耗。如果无法避免支架在背面的遮挡，建议支架距构件高度至少40mm。
此外，龙机还研究了帧遮挡和双侧产生增益。如下图所示的仿真结果表明，由帧引起的所有阴影遮挡都会导致光损耗。电池离框架越远，屏蔽造成的光学损伤越小。框架表面C离构件越高，光学损耗越大。
为了消除框架遮挡带来的光损耗，龙记专门设计了不带c侧的短框架，并通过户外测量验证，如下图所示。与传统短帧相比，发电增益平均为0.6%。
综上所述，影响双面组件发电的主要因素有:地面反射率、组件安装高度、组件对地表覆盖(GCR)、阴影遮挡等。对于EPC来说，考虑以上因素将有助于设计最具成本效益的电站，为客户带来更多的实惠。
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