由于可以使组件全天始终指向太阳,太阳能跟踪器可以比其固定倾角的同类产品产出更高的电力。同样,由于暴露水平是单面太阳能组件的两倍,双面组件可以比单面太阳能组件产出更高的电力。
那么,将这两种可以确保更高太阳能产量的技术搭配在一起,是否会带来好处?一些跟踪器制造商认为会。至少,双面组件将产生比正面额定功率更高的能量。当与某些环境和设计条件相结合时,背面发电量可以获得更大程度的提升。
根据国际光伏技术路线图,2021年双面电池在全球太阳能电池市场中的占比为50%,预计至2023年,这一比例将增至85%。此外,跟踪器制造商报告称,最近使用其跟踪系统的绝大多数太阳能项目都包括了双面组件。
除了背面发电的额外增益外,双面组件免征201条款贸易关税的规定也促进了这一技术在市场上的普及,但跟踪器制造商在背面性能重要性排序方面并不完全一致。
OMCO Solar公司的太阳能技术总监Matt Kesler表示,"你们的进程可能会有所不同,你需要进行计算,找出哪些是最适合特定项目的。""可以从双面中获得的额外产能通常是一项很好的投资。"
在一个轴上旋转的太阳能辐照度
单轴跟踪器已迅速成为大型地面太阳能项目使用的标准产品。它们的占地面积与固定倾角支架类似,具备了逐行移动以全天候跟踪太阳、获取额外产能的优势。
驱动太阳能跟踪器的机制以及为优化发电和天气条件定位的控制装置因产品而异。为了配合它们的跟踪器,制造商通常会开发内部控制软件,但将这一软件用于背面发电的双面阵列并不一定是最佳办法。
全球单轴跟踪器制造商Array Technologies测试了用其专有控制软件SmarTrack优化的背面辐照增益。在测试中和随后的模拟流程中,公司发现,一年间,一个典型的运行阵列和一个专注背面发电阵列之间的能量差只有0.1%。
Array发现,这一系统的移动不稳定,几乎每小时会旋转一次以推动背面发电增益而不是正面发电增益。双面组件的背面没有正面那么高效,所以Array认为,重点应该放在正面优化上。
Array Technologies的研究和技术工程副总裁Kyumin Lee表示,"尝试在正面最大限度的提高从空中接受的辐照度总是有益的, ""这是最好的方法。如果你试图改善背面辐照度,但损失了正面辐照度,那么你就可能不会看到任何增益,或者可能会遇到实际上失去能量的情况。”
与系统控制一样,采用双面组件的单轴太阳能项目的设计可以与单面组件项目保持一致。可以通过加大跟踪器之间的行距来提升地面反照率(或反射率),这意味着阴影会减少,反射辐照度会增加。
然而,增加行距会推动更高的反照率,这会增加太阳能项目的总占地面积。
"在跟踪器和跟踪器之间,如果有更大的行距,就有更多的地面可以反射光线。所以确实,你可以获得更高的双面增益。但我一直认为,最后,支付账单的不是双面增益,""而是产生的总电量。"
在很多情况下,双面发电应被视为意外的奖励性增益。较大的行间距带来的背面额外电力很可能并不能抵消用于项目的大面积土地的成本。
像雪和碎石灰石这样的白色表面会增加地面反照率,降雪是自然发生的,但后者需要额外的场地准备和资本。
然后是跟踪器结构的自身设计。Array的DuraTrack HZ v3将组件安装在一个纵向方向上。它使用了一个"高层"双面组件夹具,可以清除组件接线盒,与其他夹具型号相比,在组件背面和扭矩管(沿着组件行旋转的管道)之间存在着额外的间距。
在测试了扭矩管如何影响纵向双面组件的背面遮蔽后,Array发现,它对发电量的影响不大。
Array Technologies应用工程总监Cody Norman表示:"对于光伏电站与双面组件相关的发电量来说,还有更重要的影响因素,例如视野,然后是一些不大受控的因素,例如反照率。”
国家太阳能支架和跟踪制造商OMCO Solar对扭矩管造成的遮蔽影响持不同的看法。公司生产的OMCO Origin Factory-Direct跟踪器具有二合一的组件方向,扭矩管位于双面组件之间,而不是在组件后面。
公司战略得到了美国国家可再生能源实验室、Sandia国家实验室和Cypress Creek Renewables公司在2019年开展的一项研究的支持。该研究发现,由于扭矩管的遮蔽,双面组件的背面发电量从8%降至2%。在个别测试中,OMCO发现,遮蔽效应比报道的要大。
OMCO的Kesler表示:"平均辐照度减少了8%,尽管如此,其中一些电池的辐照度下降了20%以上。“"由于电池是串联的,你不能通过一些电池提供更多的电流,通过其它电池提供更少的电流。你只能让相同数量的电流通过所有的电池。如果把几个电池拉低20%以上,就会把整个背面拉低20%以上。"
单轴太阳能跟踪器的选择和项目设计是由系统业主决定的。在这些项目中,双面发电是一种必然的选择,为了鼓励更多的发电而做出的某些设计选择可能会导致正面发电量的下降。
双轴追踪器上的双面电池
双轴跟踪器在两点上转动,这使其可以全天直接跟踪太阳,而不是像单轴跟踪器那样在一个点上转动。
双轴跟踪器安装在单个支柱上,每个单元可容纳20个以上的组件。这些系统通常安装在商业和户用环境中,比单轴跟踪器的位置更高。事实证明,离地面更远对双面组件是有利的。
双轴跟踪器制造商AllEarth Renewables与Sandia国家实验室合作,研究双面组件在美国北部跟踪器上的表现,特别是在公司所在的佛蒙特州。这项为期两年的研究发现,在同一双轴跟踪器上安装的双面组件的性能每年平均比单面组件高出14%。在冬季,由于积雪的高反照率,这一数字跃升至40%。
AllEarth Renewables总裁兼首席执行官David Blittersdorf表示,"到目前为止,我们的数据与预测是相符的。我们在这里的环境中获得了相当不错的产能。"
双轴跟踪器通常安装在北部各州,它们可以适应这些地区的地形和年降雪量。研究发现,冬季的另一个好处是,由于双轴跟踪器的运动和双面双玻组件的半透明性,雪下落的速度更快。
与单轴跟踪器相比,由于双轴跟踪器的高度和更大的间距,双轴跟踪器周围有更多的辐射光,这提供了更多的背面发电机会。
Mechatron Solar是一家双轴跟踪器制造商,公司在其M18KD跟踪器上使用了台面反射器,将光线导向双面组件的背面。根据公司报道,在北加州,使用反射器而不是传统的地面覆盖物提升了13-15%的增益。
Mechatron Solar首席执行官Michael Fakukakis表示:"我们认识到,[双面]技术是一种突破性技术,不仅如此,与固定倾角或单轴跟踪器相比,双轴机制可以实现更高的双面增益。与竞争对手不同的是,我们的双轴穿过方位角轴跟随着太阳。”
无论哪种结构,在太阳能跟踪器上使用双面组件都可以获得额外的太阳能电力。权衡成本和设计考虑因素可以帮助承包商决定这种组合是否合适。