一种计算双面组件阵列排布背面辐射量的方法技术

本发明专利技术公开了一种计算双面组件阵列排布背面辐射量的方法，基于视角系数法模型和组件阵列排布的空间几何关系，计算了直射光与散射光入射于地面再反射至双面组件背面的辐射量，以及利用了Perez半球散射辐射模型，计算了直接入射于双面组件背面的散射辐射量。本发明专利技术方法考虑了双面组件阵列排布的安装倾角、安装高度、安装间距、安装方位角和空中直射与散射强度比例等影响因素，能够较为准确地计算出双面组件背面接收到的总辐射量，结合组件正面辐射量模型有助于优化太阳能双面组件的安装方式。

A method for calculating the amount of radiation on the back of a double side array array

The invention discloses a method for calculation of double component array back radiation, space geometry angle coefficient method model and component array based on the calculation of the direct light and scattered light incident on the ground and the amount of reflected radiation to double back components, and the use of the Perez hemisphere radiation scattering, scattering radiation calculation the incident on the back of the double component. The method considers the installation angle and double component array arrangement and installation height, installation distance, azimuth angle and air direct and scattering intensity ratio and other factors, can accurately calculate the total radiation received on the back of the double component, installation according to the component is surface radiation model is helpful to optimize the solar double component.

【技术实现步骤摘要】
一种计算双面组件阵列排布背面辐射量的方法
本专利技术涉及一种计算双面组件阵列排布背面辐射量的方法，属于光伏系统设计

技术介绍
随着光伏组件发电技术越发成熟，在部分国家和地区，光伏组件发电已经可以实现平价上网，但是，追求更高的转换效率，更低的度电成本是光伏行业永恒的追求和强大的驱动力。近年来，双面组件以其结构及两面皆可发电的特性受到广泛关注，与传统光伏组件相比，双面组件采用了双面玻璃的结构，具有强抗PID性和强耐磨性等优势。但是，在双面组件的实际应用中，双面组件的发电量并没有达到理想预期，特别是组件背面的发电量，除却电池本身技术上的一些影响外，其安装方式和安装环境也是影响组件背面发电量的重要因素。直接影响双面组件背面的发电量因素的主要是组件背面辐射量的大小，而影响双面组件背面辐射量的因素主要有安装地散射辐射与直射辐射的比例、组件安装方位角、组件倾角、组件高度、组件安装场地的反射率和组件间距这6个因素。由于双面组件背面辐射量的影响因素较多，因此建立研究双面组件背面辐射量的数学模型，对优化双面组件的安装方式，进一步最大化双面组件发电量具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是克服现有技术的缺陷，提供一种计算双面组件阵列排布背面辐射量的方法，基于辐射角系数法和组件阵列排布的空间几何关系，采用Perez半球辐照模型，建立计算双面组件阵列排布背面辐射量的数学模型。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种计算双面组件阵列排布背面辐射量的方法，包括以下步骤：1)计算太阳直射光入射在地面反射到单排双面组件背面的瞬时辐射量；2)计算散射光入射在地面反射到单排双面组件背面的瞬时辐射量；3)计算空中散射入射在单排双面组件背面的瞬时辐射量；4)将所述步骤1)、步骤2)、步骤3)的瞬时辐射量相加得到单排双面组件背面接收到的瞬时总辐射量；5)对双面组件的头排、尾排接收到的瞬时辐射量进行修正；6)计算整个双面组件背面一天接收到的总辐射量。前述的步骤1)计算太阳直射光入射在地面反射到单排双面组件背面的瞬时辐射量，包括以下步骤：1-1)判断太阳直射光在地面是否形成“光亮区”，当太阳直射光相对于双面组件正面的方位角的绝对值小于90°，即双面组件正面迎着太阳光入射方向时，其入射极限角β1为：其中，L代表组件阵列安装的宽度，a代表组件安装倾角，γ代表组件正面方位角，d代表组件安装间距；如果太阳高度角αs大于入射极限角β1，则直射光在双面组件前、后排地面形成“光亮区”，反之则地面无太阳直射光入射；当太阳直射光相对于双面组件正面的方位角的绝对值大于90°，即双面组件正面背对着太阳光入射方向时，其入射极限角β2为：如果太阳高度角αs大于入射极限角β2，则直射光在双面组件前、后排地面形成“光亮区”，反之则地面无太阳直射光入射；1-2)当直射光在地面形成“光亮区”时，假设地面反射出去的辐射光是各向同性的，根据视角系数法模型求出单排双面组件背面接收到太阳直射光经地面反射过来的瞬时辐射量。前述的对于太阳直射光相对于双面组件正面的方位角的绝对值大于90°的情况，当太阳高度角大于入射极限角但小于双面组件安装倾角时，太阳直射光在双面组件前、后排地面形成“光亮区”，只有双面组件后排地面的“光亮区”能反射辐射光到组件背面。前述的2)计算散射光入射在地面反射到单排双面组件背面的瞬时辐射量时，假设双面组件阵列排布下的整个地面都接收到来自空中的散射辐射，且地面上所接收到的散射光的辐射强度是一致的，并且地面反射出去的辐射是各向同性的，则能反射到双面组件背面的地面面积计算式S如下：其中，M为双面组件阵列的长度，a代表组件安装倾角，L代表组件阵列安装的宽度，d代表组件安装间距，h代表组件的安装高度；根据视角系数模型求出单排双面组件背面接收到散射光经地面反射过来的瞬时辐射量。前述的视角系数模型为：I2in,j＝I1out,j·F1→2，其中，j＝1,2，I2in,1为单排双面组件背面接收到太阳直射光经地面反射过来的瞬时辐射量，I2in,2为单排双面组件背面接收到散射光经地面反射过来的瞬时辐射量，I1out,1为地面反射出的总辐射量，I1out,2为地面散射出的总辐射量，F1→2为组件背面相对于地面的视角系数，其中，A1为地面“光亮区”面积，A2为双面组件背面面积，s为双面组件背面上的点跟地面“光亮区”上点的连线，θ1为连线s与地面法线之间的夹角，θ2为连线s与组件背面法线之间的夹角；由于直射光在双面组件前、后排地面形成“光亮区”，所以，分别计算前、后排地面“光亮区”的面积，进而求得组件背面相对于前、后排地面的视角系数，然后，再分别计算前、后排反射过来的瞬时辐射量，相加得到单排双面组件背面接收到直射光经地面反射过来的瞬时辐射量；但是对于只有双面组件后排地面的“光亮区”能反射辐射光到组件背面的情况，则只需求解后排地面“光亮区”的面积，进而求得组件背面相对于后排地面的视角系数，再计算后排反射过来的瞬时辐射量，即单排双面组件背面接收到直射光经地面反射过来的瞬时辐射量。对于散射光入射在地面反射到双面组件背面的情况，将S作为地面“光亮区”面积，求解视角系数。前述的步骤3)采用Perez半球散射辐射模型，假设水平散射辐射以跟水平夹角为6.5°的角度入射至双面组件背面，则单排双面组件接收到的空中散射辐射量I3为：I3＝Idiffuse·F2·d·M·sinζ，其中，Idiffuse为该时刻空中散射辐射强度，d为双面组件安装间距，M为双面组件阵列的长度，ζ为水平带系数角，F2为水平亮度系数，计算公式为：系数f21、f22、f23由查表得出。前述的步骤5)对双面组件的头排、尾排接收到的瞬时辐射量进行修正具体为：假设双面组件向南安装，对于头排，即最靠近南边的双面组件，在计算太阳直射光经地面反射至双面组件背面瞬时辐射量时，头排的“光亮区”面积取(-h·tana,h·sina·cosγ)，其中，h代表组件的安装高度，a代表组件的安装倾角，γ代表组件正面的方位角；对于尾排，太阳直射光在尾排后排形成的“光亮区”的面积与散射光入射在地面反射到尾排的面积一样，视角系数取为空中散射入射至尾排背面的瞬时辐射量为：I3＝Idiffuse·F2·M·L·sina。前述的假设双面组件一天从早上6点到下午18点都能接收太阳辐射，累积计算各个小时的瞬时辐射总量，即得到该双面组件阵列排布下单排双面组件背面一天所接收到的总辐射量I：I＝3600·∑(Is1+Is2+...Is13)其中，Is1、Is2...Is13为上午6点到下午18点之间13个小时，每个小时平均太阳高度角下双面组件背面接收到的瞬时总辐射量；最后，将头、尾两排和中间所有排数双面组件背面一天中接收到的总辐射量累加起来，即可得到整个阵列排布下双面组件的背面辐射量。本专利技术的有益效果为：本专利技术方法考虑了双面组件阵列排布的安装倾角、安装高度、安装间距、安装方位角和空中直射与散射强度比例等影响因素，能够较为准确地计算出双面组件背面接收到的总辐射量，显著提高了双面组件背面辐射量的计算准确性，对优化双面组件安装方式有着重要意义。附图说明图1是直射光入射于地面反射至双面组件背面示意图；图2是散射光于地面反射至双面组件背面示意图；图3是水平散射光直接入射至双本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算双面组件阵列排布背面辐射量的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)计算太阳直射光入射在地面反射到单排双面组件背面的瞬时辐射量；2)计算散射光入射在地面反射到单排双面组件背面的瞬时辐射量；3)计算空中散射入射在单排双面组件背面的瞬时辐射量；4)将所述步骤1)、步骤2)、步骤3)的瞬时辐射量相加得到单排双面组件背面接收到的瞬时总辐射量；5)对双面组件的头排、尾排接收到的瞬时辐射量进行修正；6)计算整个双面组件背面一天接收到的总辐射量。

【技术特征摘要】
1.一种计算双面组件阵列排布背面辐射量的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)计算太阳直射光入射在地面反射到单排双面组件背面的瞬时辐射量；2)计算散射光入射在地面反射到单排双面组件背面的瞬时辐射量；3)计算空中散射入射在单排双面组件背面的瞬时辐射量；4)将所述步骤1)、步骤2)、步骤3)的瞬时辐射量相加得到单排双面组件背面接收到的瞬时总辐射量；5)对双面组件的头排、尾排接收到的瞬时辐射量进行修正；6)计算整个双面组件背面一天接收到的总辐射量。2.根据权利要求1所述的一种计算双面组件阵列排布背面辐射量的方法，其特征在于，所述步骤1)计算太阳直射光入射在地面反射到单排双面组件背面的瞬时辐射量，包括以下步骤：1-1)判断太阳直射光在地面是否形成“光亮区”，当太阳直射光相对于双面组件正面的方位角的绝对值小于90°，即双面组件正面迎着太阳光入射方向时，其入射极限角β1为：其中，L代表组件阵列安装的宽度，a代表组件安装倾角，γ代表组件正面方位角，d代表组件安装间距；如果太阳高度角αs大于入射极限角β1，则直射光在双面组件前、后排地面形成“光亮区”，反之则地面无太阳直射光入射；当太阳直射光相对于双面组件正面的方位角的绝对值大于90°，即双面组件正面背对着太阳光入射方向时，其入射极限角β2为：如果太阳高度角αs大于入射极限角β2，则直射光在双面组件前、后排地面形成“光亮区”，反之则地面无太阳直射光入射；1-2)当直射光在地面形成“光亮区”时，假设地面反射出去的辐射光是各向同性的，根据视角系数法模型求出单排双面组件背面接收到太阳直射光经地面反射过来的瞬时辐射量。3.根据权利要求2所述的一种计算双面组件阵列排布背面辐射量的方法，其特征在于，所述对于太阳直射光相对于双面组件正面的方位角的绝对值大于90°的情况，当太阳高度角大于入射极限角但小于双面组件安装倾角时，太阳直射光在双面组件前、后排地面形成“光亮区”，只有双面组件后排地面的“光亮区”能反射辐射光到组件背面。4.根据权利要求1所述的一种计算双面组件阵列排布背面辐射量的方法，其特征在于，所述步骤2)计算散射光入射在地面反射到单排双面组件背面的瞬时辐射量时，假设双面组件阵列排布下的整个地面都接收到来自空中的散射辐射，且地面上所接收到的散射光的辐射强度是一致的，并且地面反射出去的辐射是各向同性的，则能反射到双面组件背面的地面面积计算式S如下：其中，M为双面组件阵列的长度，a代表组件安装倾角，L代表组件阵列安装的宽度，d代表组件安装间距，h代表组件的安装高度；根据视角系数模型求出单排双面组件背面接收到散射光经地面反射过来的瞬时辐射量。5.根据权利要求2或4所述的一种计算双面组件阵列排布背面辐射量的方法，其特征在于，所述视角系数模型为：I2in,j＝I1out,j·F1→2，其中，j＝1,2，I2in,1为单排双面组件背面接收到太阳直射光经地面反射过来的瞬时辐射量，I2in,2为单排...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄国昆，张臻，钱茜，于书魁，梁旭丹，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32