一种采用多辐照传感器计算双面电池组件发电性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用多辐照传感器测试计算双面太阳电池组件发电性能的方法。包括：组件背面辐照数据采集；电池片背板某位置的线性辐照的计算；利用辐照和电流的关系，求出不同位置分布的低辐照电流；根据失配模型求出背板的发电功率；双面电池功率增益计算；双面电池能量输出计算。本发明专利技术首次提出采用线性公式计算背板辐照，较为准确地计算得出了辐照量、背板不同位置的电流、背板发电量等一系列参数，此发明专利技术对深入研究双面电池性能有着十分重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种采用多辐照传感器计算双面电池组件发电性能的方法
本专利技术公开了一种采用多辐照传感器计算双面电池组件发电性能的方法，属于光伏发电

技术介绍
近年太阳能光伏产业发展迅速，光伏组件实际其发电性能也备受关注。实际应用中单面组件不能充分利用光能，效率往往偏低。相比传统单面组件，双面光伏组件利用了来自组件背面的散射和反射辐射，具有更高的发电效益。然而现有的光伏电站设计都是基于单面组件，且国内外双面组件相关应用还很少。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种采用多辐照传感器计算双面电池组件发电性能的方法，采用线性公式计算背板辐照，较为准确地计算得出了辐照量、背板电流、背板发电量等一系列参数，对深入研究双面电池性能有着十分重要的意义。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种采用多辐照传感器计算双面电池组件发电性能的方法，包括以下步骤：1)进行组件背板辐照数据采集；2)计算电池背板某位置的线性辐照；3)计算电池的背板电流；4)利用LambertW函数，求解电池背板电流与电压的显性关系表达式；5)根据失配模型计算双面电池组件的发电功率；6)计算双面电池的功率增益；7)计算双面电池组件的能量输出。前述的步骤1)中，在组件背板的4个角落各设置1个辐照计，用于采集辐照数据。前述的电池背板某位置的线性辐照计算式为：G＝a+c×D×n(1)其中，G表示电池背板某处的辐照量，a为电池背板四个辐照计测得的最低辐照，c为修正系数，n为第n列光伏电池串，D为该位置距最下端的距离。前述的步骤3)中，电池的背板电流计算方法如下：3-1)根据光伏电池等效电路图，存在如下关系式：Iph＝ID+Ish+I(2)其中，Iph为光生电流，ID为暗电流，Ish为流过并联电阻Rsh的电流，I为流过负载电阻RL的电流，也就是背板电流；其中，Ish的计算公式为：Ish＝(U+IRs)/Rsh(3)其中，U为负载电阻RL两端电压，也就是背板电压，Rs为串联电阻，暗电流ID的指数表达形式为：其中，q为单个光子电荷数，I0为新指数前因子，A为P-N结理想因子，k为玻尔兹曼常数，T为电池表面温度；3-2)将式(3)和式(5)带入式(2)，得出3-3)忽略并联电阻一项，得到电池的背板电流：前述的步骤4)中，电池背板电流与电压的显性关系表达式为：其中，电池表面温度其中，Tair为环境温度；TNOC是光伏电池额定工作温度，指在辐照度为800W·m-2、气温为20℃，风速为1m·s-1的外部环境条件下光伏电池的温度；G表示电池背板某处的辐照量。前述的步骤5)中，根据失配模型计算双面电池组件的发电功率为：其中，I0为双面电池组件的工作电流，V1，V2，…，Vx为每片双面电池的工作电压；I1，I2，…，Ix为每片双面电池的工作电流，当组件中电池串联的时候，每片电池工作电流均为组件电流I0。前述的步骤6)中，双面电池的功率增益Pin为：其中，Pmmw为单面电池功率，Pmc为双面电池总功率，Pmc＝ImcV其中，V为双面电池的正面电压和背板电压之和，Imc为双面电池的正面电流和背板电流之和。前述的步骤7)双面电池组件能量输出的计算方法如下：每30秒-5分钟采集一个辐照数据，根据每个采集点辐照数据，根据Pmc＝ImcV计算单个电池的总功率，然后根据式(16)计算双面电池组件的发电功率，最后由双面电池组件的发电功率乘以数据点采集的时间步长，即为双面电池组件的能量输出。本专利技术所达到的有益效果为：本专利技术解决了背板电池电流不好测量的难题，同时与单面电池组件进行比较，充分体现双面电池片利用光能，提高效率的优越性；本专利技术首次提出采用线性公式计算背板辐照，较为准确地计算得出了辐照量、背板电流、背板发电量等一系列参数，对深入研究双面电池性能有着十分重要的意义。附图说明图1为本专利技术方法流程图；图2为双面电池片背面辐照计放置示意图；图3为单个电池片的辐照测试示意图；图4为光伏电池等效电路图。具体实施方式下面对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术的采用多辐照传感器计算双面电池组件发电性能的方法，按照如下步骤执行：在光伏领域中，一般采用辐照计测量太阳辐照，但背板辐照分布不均匀，难以测量，本专利技术提出了一种线性计算辐照的方法。如图1所示，具体方法如下：由于正面辐照容易测量且较均匀，本专利技术正面辐照采用2个辐照计采集数据，取平均值；背板采用4个或4个以上辐照计采集数据，辐照计设置在4个角落(如图2)，每个电池上采用线性方式计算，若某个电池有遮挡，辐照强度乘以非遮挡百分比，具体如下：(1)组件背板电池辐照的计算电池片背板某位置的辐照线性计算公式为：G＝a+c×D×n(1)其中，G表示电池片背板某处的辐照量，a为电池片背板四个辐照计测得的最低辐照，c为修正系数，n为第n列光伏电池串，D为该位置距最下端的距离；(说明：组件单排时辐照最低点出现在最下部)。具体组件的测试示意图如图3所示。(2)为得出背面电池的增益计算，必不可少的是要计算背板电池的电流，通过电流在I-V曲线中找出对应点的电压，以计算背板所增加的电功率。光伏电池等效电路图如图4所示。光生电流Iph的计算公式为：Iph＝ID+Ish+I(2)其中，ID为暗电流，Ish为流过并联电阻Rsh的电流，I为流过负载电阻RL的电流，Ish的计算公式为：Ish＝(U+IRs)/Rsh(3)其中，负载电阻RL两端电压为U、流经电流为I，Rs为串联电阻，Rsh为并联电阻，则可得出等式：通过移向可计算出暗电流的指数表达形式为：其中，q为单个光子电荷数，I0为新指数前因子，A为P-N结理想因子，k为玻尔兹曼常数，T为电池板表面温度；则：I＝Iph-ID-Ish可转化为：忽略并联电阻一项，上式可简化为：(3)上述步骤已经得出了背板电流的表达方式即式(7)，但是电流的计算式是隐性表达的，一般很难通过简单的计算得出电流的显性表达式，所以必须要找到一种能使电流显化的方法才能为下面步骤及计算打好基础。本专利技术引入一种应用广泛的函数来解决这个问题。具体步骤如下：实际上，在大型的光伏电站中，光伏组件的纯串联结构并不能满足我们的需求，为了得到更大的输出功率，实际电站中更多采用的是电池组件的串并联结构。电池片的串并联失配相比于纯串联的失配要复杂得多，它不仅要考虑串联电池片间电流不一致带来的失配，还要考虑并联起来电压不一致带来的失配。考虑到在建立串并联模型的时候，我们必须使电流I关于电压V的关系显性化的表示出来，因此引入了LambertW函数。LambertW函数实际上是著名数学家J.H.Lambert在求解三项式X＝q+Xm时定义的W(X)exp[W(X)]＝X超越方程的解，LambertW函数在太阳能领域中运用得最多的就是使实际太阳能电池电流，电压的关系式显性化表达，对于了解太阳能电池输出特性关系有着较为重要的意义；现在很多编程软件中都加入了关于LambertW函数的计算，例如Matlab，Python等，当然关于Lambert的计算公式现在也已经比较成熟了：采用LambertW函数计算不同辐照下的电流I。选用LambertW函数的正实数分支，得到了以下计算函数正实数分支的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用多辐照传感器计算双面电池组件发电性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)进行组件背板辐照数据采集；2)计算电池背板某位置的线性辐照；3)计算电池的背板电流；4)利用Lambert W函数，求解电池背板电流与电压的显性关系表达式；5)根据失配模型计算双面电池组件的发电功率；6)计算双面电池的功率增益；7)计算双面电池组件的能量输出。

【技术特征摘要】
1.一种采用多辐照传感器计算双面电池组件发电性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)进行组件背板辐照数据采集；2)计算电池背板某位置的线性辐照；3)计算电池的背板电流；4)利用LambertW函数，求解电池背板电流与电压的显性关系表达式；5)根据失配模型计算双面电池组件的发电功率；6)计算双面电池的功率增益；7)计算双面电池组件的能量输出。2.根据权利要求1所述的一种采用多辐照传感器计算双面电池组件发电性能的方法，其特征在于，所述步骤1)中，在组件背板的4个角落各设置1个辐照计，用于采集辐照数据。3.根据权利要求1所述的一种采用多辐照传感器计算双面电池组件发电性能的方法，其特征在于，所述电池背板某位置的线性辐照计算式为：G＝a+c×D×n(1)其中，G表示电池背板某处的辐照量，a为电池背板四个辐照计测得的最低辐照，c为修正系数，n为第n列光伏电池串，D为该位置距最下端的距离。4.根据权利要求1所述的一种采用多辐照传感器计算双面电池组件发电性能的方法，其特征在于，所述步骤3)中，电池的背板电流计算方法如下：3-1)根据光伏电池等效电路图，存在如下关系式：Iph＝ID+Ish+I(2)其中，Iph为光生电流，ID为暗电流，Ish为流过并联电阻Rsh的电流，I为流过负载电阻RL的电流，也就是背板电流；其中，Ish的计算公式为：Ish＝(U+IRs)/Rsh(3)其中，U为负载电阻RL两端电压，也就是背板电压，Rs为串联电阻，暗电流ID的指数表达形式为：其中，q为单个光子电荷数，I0为新指数前因子，A为P-N结理想因子，k为玻尔兹曼常数，T为电池表面温度；3-2)将式(3)和式...

【专利技术属性】
技术研发人员：张臻，于书魁，王磊，邵玺，祝曾伟，
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