一种光热特性耦合光伏电池温度预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种光热特性禪合光伏电池温度预测方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会经济的不断发展，化石能源的紧缺态势W及环境污染问题日益突出，人 们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题，开发和利用可 再生能源迫在眉睫。其中，太阳能作为一种清洁、具有大规模开发前景的可再生能源之一， 在家庭用小型太阳能发电系统、大型光伏并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙、太阳能路 灯、风光互补供电系统等领域受到广泛关注和深入研究。
[0003] 太阳能光伏发电是利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统主 要由光伏电池阵列、蓄电池储能系统、控制器和逆变器组成，其中光伏电池阵列是光伏发电 系统的关键部分，通过光伏电池阵列将太阳能转化为直流电能，通过逆变器将直流电能转 化为与电网同频同相的交流电能馈入电网。由于太阳能资源具有间歇性、周期性、波动性等 特点，对光伏电站发电功率进行准确预测，有助于电力调度部口提前根据光伏发电功率变 化及时调整调度计划，保证电能质量，减少系统备用容量，降低电力系统运行成本，可有效 减轻光伏发电对电网造成不利影响、提高电网中光伏装机比例。
[0004] 光伏电站发电功率与光伏电池的工作温度关系密切，其本身对工作温度较为敏 感。随着工作温度的升高，晶娃材料的禁带宽度降低，影响大多数表征材料的性能参数，进 而影响组件的电性能参数，导致组件的开路电压降低，短路电流略微增加，造成总体输出功 率降低。其中，在2〇-ioo°c范围内，光伏电池工作温度每升高rc，光伏电池的输出电压减 小约2mV;而光电流随工作温度的升高略有上升，工作温度每升高rc，光伏电池的光电流 增加约1%。。总体而言，光伏电池工作温度每升高rc，其输出功率减少0.35%。由此可见， 光伏电池组件工作温度温度是影响其能量转换效率的重要因素，对组件工作温度的准确预 测，有助于提高光伏电池乃至光伏电站发电功率预测的精度。
[0005] 目前，对晶娃和薄膜光伏电池的温度预测通常采用层次化结构与能量平衡方程相 结合的建模迭代预测方法。但上述建模在W有限差分能量平衡方程分析计算光伏电池各层 材料的温度分布时，通常简化结构分层并且假定晶娃为平面结构。然而实际中，材料的光学 系数与入射光的波长、入射倾角W及面板的几何位置密切相关，并且为了提高入射光的吸 收率，现代光伏电池面板晶娃表面通常进行纹理化处理，例如，对于单晶娃光伏电池，通常 纹理为"随机正金字塔（randomupri曲tpyramid)"或"倒金字塔"型，并结合表面抗反射层 (ARC)进一步提高光伏电池面板晶娃结构的入射光吸收率，W提高入射光吸收率，进而提高 光伏电池组件的输出功率。但在既有光伏电池层次化结构温度预测过程中，并未将晶娃表 面纹理化结构W及ARC层的薄膜光学抗反射作用与层次结构光学传射结合考虑，即，并未 有效考虑入射光与光伏电池层次化结构之间的光热特性禪合作用的影响，该也是光伏电池 功率输出预测结果产生偏差的原因之一，该误差最终反映于光伏电池系统相关的控制策略 设计，也会影响控制策略验证的有效性和合理性。
【发明内容】
[0006] 本发明为了解决上述问题，提出了一种光热特性禪合光伏电池温度预测方法，该 方法有效考虑入射光与光伏电池层次化结构，如晶娃表面纹理化结构W及ARC层薄膜光学 抗反射特性等光热特性禪合作用的影响，精确量化光伏电池层次化结构对入射光福射通量 的吸收计算，实现对光伏电池组件工作温度的精确预测，最终提高光伏电池乃至光伏电站 发电功率预测的精度。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] -种光热特性禪合光伏电池温度预测方法，包括W下步骤：
[0009] (1)结合实际时间W及标准测量的典型气象年数据（typicalmeteorological year,TM巧数据提供的福照度信息对光伏电池组件的入射光进行垂直等效，基于大气离散 纵向传输模型方法得到波长离散化的垂直等效入射光谱；
[0010] (2)结合晶娃层纹理结构W及ARC层抗反射过程的光热禪合特性计算光伏电池层 次化结构的各层波长离散化吸收系数，得到各层结构吸收的福射通量；
[0011] 做建立光伏电池的层次化结构能量平衡方程，结合实测TMY数据，通过迭代计算 得到时间序列对应的光伏电池层次化结构工作温度序列。
[0012] 所述步骤（1)中，光伏电池面板层次化结构自上而下编号为1~6,依次为玻璃层、 EVA层、ARC层、晶娃禪合层、EVA层和PVF层，0层为大气层；
[0013] 结合实际时间W及标准测量的TMY数据提供的福照度信息对光伏电池组件的入 射光进行垂直等效的过程为：
[0014] 根据Reindl散射模型，在计及水平和环日散射影响下的单层介质福射通量表达 式为
[0015]
【主权项】
1. 一种光热特性耦合光伏电池温度预测方法，其特征是：包括以下步骤： (1) 结合实际时间以及标准测量的TMY数据提供的辐照度信息对光伏电池组件的入射 光进行垂直等效，基于大气离散纵向传输模型方法得到波长离散化的垂直等效入射光谱； (2) 结合晶硅层纹理结构以及ARC层抗反射过程的光热耦合特性计算光伏电池层次化 结构的各层波长离散化吸收系数，得到各层结构吸收的辐射通量； (3) 建立光伏电池的层次化结构能量平衡方程，结合实测TMY数据，通过迭代计算得到 时间序列对应的光伏电池层次化结构工作温度序列。
2. 如权利要求1所述的一种光热特性耦合光伏电池温度预测方法，其特征是：所述步 骤（1)中，光伏电池面板层次化结构自上而下编号为1~6,依次为玻璃层、EVA层、ARC层、 晶硅耦合层、EVA层和PVF层，O层为大气层； 结合实际时间以及标准测量的TMY数据提供的辐照度信息对光伏电池组件的入射光 进行垂直等效的过程为： 根据Reindl散射模型，在计及水平和环日散射影响下的单层介质辐射通量表达式为
(1) 其其中，（τ a ) d = b，d，g分别为介质对入射光分量Gb，Gd，Gg的倾斜透射吸收率，G b为 束状水平辐照度，Gd为环日散射辐照度，Gg为地表散热辐照度，Gt为总辐照度；P 8为地表反 照率；Rb= COS β/cos β ζ，β和β z分别为光伏电池面板倾角和日照天顶角；A i为各向异性 指数，f为调整因子，
其中，Gtl为太阳常量，数值为1353W/m2,对介质投射吸收率，根据（τ α)7(τ (!^折算 关系将式（1)合并得
对于光伏电池而言，其表面覆盖层通常为低铁高透玻璃介质，其典型辐射系数Kb，Kd，K g 的拟合表达式为：
式（0-4)中的拟合系数分别为：
(5) 由此可知，对于倾角为β的光伏电池面板，其等效垂直入射辐射通量表达式为：
其中，（τ a ) i i = b，d，g分别为介质对入射光分量Gb，Gd，Gg的倾斜透射吸收率，G b为 束状水平辐照度，Gd为环日散射辐照度，G g为地表散热辐照度，G t为总辐照度；R b= cos β / C0Sf3z，β和βζ分别为光伏电池面板倾角和日照天顶角；A i为各向异性指数，f为调整因 子。
3. 如权利要求1所述的一种光热特性耦合光伏电池温度预测方法，其特征是：所述步 骤（1)中，大气离散纵向传输模型方法通过基于DISORT的SBDART或LibRadtran方法实现， 获取实际天候条件下的地表入射光谱信息。
4. 如权利要求1所述的一种光热特性耦合光伏电池温度预测方法，其特征是