有两面的BIPV模块的设计元素和电气性能

文摘

有两面的BIPV系统有巨大的潜力应用于建筑使用glass-to-glass结构。然而,有两面的太阳能电池的性能取决于各种设计因素。因此,为了有两面的太阳能电池应用于建筑,有两面的光伏模块应该进行性能分析,包括各种设计元素的考虑和反映广泛的安装条件。本研究关注的性能有两面的BIPV模块应用于建筑信封。这里的结果表明,该设计元素的反射率和透明的空间比例对性能的影响最大的水平。模块和墙之间的距离减少了对性能的影响。有两面的BIPV模块产生的输出大于30% monofacial光伏模块的输出,根据设计元素。有两面的BIPV模块本身应该透明的空间至少30%的比率。当一个黑暗的颜色是用于外墙反射率为50%或更少,有两面的BIPV模块与透明的空间比例应该使用的40%以上。为了达到更高的性能通过安装有两面的BIPV模块,设计条件促进反射率超过50%和一个透明的空间比例超过30%必须满足。

1。介绍

1.1。背景

很大的努力一直在消耗光伏产业发展高效太阳能电池从较小的表面能产生更高的产出水平。使用最广泛的材料高效晶体太阳能电池包括那些被称为“互相交叉接触”和“与内在异质结薄膜。“然而,这些高效太阳能电池成本至少比传统晶体硅太阳能电池(40%1]。因此,兴趣是生长在替代高效太阳能电池,特别是选择性发射极太阳电池,金属化包装通过太阳能电池,和有两面的太阳能电池,所有这些都是基于Si和提供高效低价格适中的水平。其中,有两面的太阳能电池,可以使用现有的光伏模块生产设备,能够高效发电的前方和后方的脸。此外,glass-to-glass双面太阳能电池可以作为替代现有glass-to-glass BIPV模块。

然而,有两面的太阳能电池的性能取决于多种因素,从背面的特征到周围的环境。进行了一系列的研究,以了解有两面的光伏模块安装在户外的性能特征,根据安装的因素。其中一个研究是由Chambouleyron和骑士,谁试图提高有两面的太阳能电池的性能使用镜像或白色表面反射镜(2]。Krenzinger和洛伦佐分析了一年一度的生成有两面的光伏模块的性能取决于反射器的组成。他们发现反射成分可能会提高性能10% -20% monofacial PV模块提供的性能水平(3]。Ooshaksaraei等人研究了安装条件的影响有两面的光伏模块的性能水平。他们的实验模型由四个5英寸单晶有两面的硅太阳能电池在一个2×2的形成一个透明的空间比例为31%。这些细胞的结果显示,设计元素的发电性能产生影响。最大程度的一代是有两面的太阳能电池和反射器之间的距离是115毫米。关于反射器类型、semimirror反射导致20%正在生成更多的权力,而漫反射器添加了15%比这一代的正面PV模块。对太阳光的入射角有两面的光伏模块表面的辐射,在10°时达到最大代(4]。埃德蒙兹提出了设计用圆柱反射器在有两面的模块中增加电力27% (5]。杜兰等人分析了发电的数量根据颜色和背反射镜的反射率。他们的实验对朝南有两面的太阳能电池安装在30°的斜坡,结果显示性能增强7.5%和21.4%安装后在草地上,像绿色的东西在草坪和90%的反射面,分别。分析有两面的太阳能电池的电流取决于后面面对显示增强3.2%黑色,米色提高5.0%,提高7.9%白(6]。

有两面的太阳能电池也可以应用于BIPV模块。然而,这要求板被安装在一定的距离屋顶和集成反射器,以确保太阳辐射在后方的脸上。Moehlecke等人提出了一个有两面的太阳能电池面板与集成反射镜安装到一个信封。这个面板显示每年产生35%的电力与monofacial太阳能电池面板相比表面积相同的(7]。对峙等人提出使用字符串pseudo-square有两面的细胞,而不是圆形细胞Moehlecke提出的第一个原型和Krenzinger [8]。

Hezel [9)提出了一个有两面的光伏模块可以应用在建筑物阴影。有两面的光伏模块应用在一个45度角从窗口作为遮阳设备用半透明的反射材料。太阳辐射传递的透明空间有两面的光伏模块然后rereflected的半透明反光板的背后有两面的PV。提出有两面的光伏模块是由100 mm×100 mm细胞4×10形成一个透明空间比率为50%。实验结果表明,这个有两面的光伏模块实现了提高超过37%的发电性能相比,通过普通monofacial PV模块。

综述现有的文献表明,有两面的太阳能电池的性能的影响后面对条件和某些环境变量,很难提出一个定量的标准生成的性能。此外,正如有两面的太阳能电池是光伏产业相对较新的,不存在标准的方法可以用来分析其性能。目前,有两面的太阳能电池的性能测试在前方和后方的脸在标准测试条件下(STC)。使用这种方法很难获得定量措施有两面的光伏模块的性能水平取决于安装条件。

因此,为了有两面的太阳能电池应用于建筑,有两面的光伏模块性能分析应同时考虑各种设计元素和反映广泛的安装条件。

本研究光伏性能水平之间的关系进行了分析和设计元素,应用时应考虑有两面的硅光伏模块的建筑。进行这次调查,模块是用设计元素与有两面的硅胶制作的光伏模块和被测试在相同条件下使用太阳能模拟器。每种类型的测量功率输出BIPV模块被评估在统计分析中确定的电气性能之间的关系有两面的BIPV模块和设计元素。

2。有两面的BIPV模块的设计元素

的性能有两面的BIPV模块安装之间的距离等因素影响光伏模块和内壁反射属性的内壁。也是影响模块的设计元素,如太阳能电池的形成方法和透明的空间比例。评估各种元素的影响,有必要选择的元素有一个相对较高的影响。识别这些元素可以通过方差分析(方差分析)。因此,方差分析方法用于识别各自的设计元素的影响上有两面的BIPV模块性能。此外,通过方差分析与关键设计元素派生作为独立变量和的性能水平有两面的BIPV模块作为因变量,进行了多元回归分析,分析有两面的BIPV模块的性能。

2.1。分析设计元素

通过文献综述,本研究确定了三个设计元素有两面的光伏性能水平产生影响。这是显示在图1。

第一个是透明的空间比例,由细胞之间的空间。最大的透明空间比率将50%考虑表面积光伏的输出模块;因此,透明的空间并不比细胞表面积。五个不同的透明空间比率为10%,20%,30%,40%,50%的人选择。此外,两种类型的细胞位置选择:网格和线类型。

第二个设计元素是墙的反射率有两面的光伏模块的安装。通常,在建筑物外墙的内表面复合防水床单或反射隔热,如图2。

在幕墙通常都能安装完成材料,如铝复合面板或石头,用绝缘板内。如果BIPV模块用作构建信封,内壁表面可以覆盖着各种反光材料,有重大影响的选择有两面的光伏模块的性能。黑色反射器的实验变量,白色反射器,红色反射器,和一个铝反射器被选为这个设计元素。铝反射器是基于表面属性进一步分为两种类型:镜面反射和漫反射。

反射率测量使用日本岛津公司uv - 3600光谱仪。会计的光谱响应特性有两面的细胞,平均反射率在波长300 nm ~ 1200 nm范围利用反射率测量。如图3,反射率的黑色,红色,白色,和铝反射器使用了5%,分别为47%,72%,和82%。

第三个设计元素是有两面的光伏模块之间的距离和反射面(内壁)。实验选择距离通过考虑幕墙框架厚度和绝缘面板厚度的幕墙系统、BIPV模块通常安装在哪里。五个距离选择30、60、120、180和240毫米之间的光伏模块和反射器。这三个有两面的BIPV模块设计元素,应用于本研究概述在表1。

设计元素和水平从而导致400实验情况。因素筛选然后使用实验设计选择实验情况。

2.2。选择实验情况下根据实验设计

统计软件Minitab 17用于创建根据实验设计的设计元素的组合。实验的顺序是随机的最小化非实验因素的影响变量。

实验例放置在三个阶段根据设计元素。实验的第一阶段情况下使用一个阶乘设计,导致建立27实验情况。设计元素的水平差异对透明空间比率和距离控制通过消除的最小值和最大值从选中的设计元素。结果,相应的范围20% - 40%和60毫米到180毫米。对于反射率,消除铝反射器,只留下黑色,红色,白色。

第二阶段的实验情况下细胞的位置。两种细胞的位置、网格和线类型被选中。为每种类型、五层次的透明空间选择从10%到50%不等,module-reflector距离从60毫米到120毫米,生成共有20个实验案例。

第三阶段的实验用例设计测试光伏性能取决于镜面反射和漫反射使用水平相同的铝反射镜反射率。所有5个设计元素水平的透明空间比例(10%,20%,30%,50%)和module-reflector距离(30、60、120和240毫米)被选中,和正交数组是用来创建16个实验案例。

3所示。有两面的BIPV性能测试

3.1。样品设计和制造

有两面的光伏模块组合使用双面太阳能电池从制造商,总部设在日本。表面电极设计的三个母线布局,类似于使用monofacial晶体硅太阳能电池。

前后的面孔几乎相同的外观。的平均效率水平有两面的细胞用于这项研究概述在表2:19.4%在前面和后面的19.1%。有两面的PV的性能提出了作为具有最大输出率的标准测试条件(STC)和本研究中使用的有两面的PV具有最大产出的比率为98.5%后面临性能类似于正面性能。

十种有两面的光伏模块生产使用各16个细胞布局与不同的透明空间比率和细胞植入,如图4。

确保辐射传输到后方的脸,一个透明的后板是用于模块,如图5。为了测试有两面的BIPV性能根据设计元素,一个测试箱,如图6。试验箱是109毫米×1430毫米×500毫米大小,用黑色完成内部反射率的影响降到最低。

不同大小的十种有两面的BIPV模块框架,插入面板和面板990毫米×1330毫米的大小被放置在测试前框,如图7。背后的反射镜插入测试箱和滑块的允许他们移动接近或远离板在前面。

3.2。方法和设备

前后面临的性能有两面的光伏模块的干草堆单独测试,因为没有标准方法存在测量性能的同时两面。

光伏模块的性能提出了STC)下的额定规格测试。因此,标准测试条件(辐射强度1000 W / m²、模块温度25°C)被用来测量的性能有两面的BIPV模块集成的反射器。Pasan太阳模拟器测试房间被用来进行这些测试。这是一个高度可靠IEC类与一个电子负载的设备精度±0.5% (10]。

实验进行了如图8通过安装有两面的垂直BIPV模块支持的照射距离4米和一个辐照1000 W / m级²根据选择的顺序试验情况。图9显示一个图像的实验设置,描绘了闪光灯和双面BIPV模块在太阳模拟器测试的房间。

4所示。结果和分析

的发电性能有两面的BIPV是多样和复杂的方式影响的设计元素。可以使用各种设计元素中,那些有直接影响发电性能必须选择一个适当的分析。重要的设计元素可以选择通过方差分析(方差分析),统计方法用于选择重要变量通过检查因变量之间的关系(发电有两面的BIPV模块)和一个或多个自变量(设计元素)11]。基于方差分析的结果,设计元素的贡献和影响的发电性能有两面的模块进行评估。采用多因素方差分析来分析设计元素之间的交互和不同因变量(结果)。得到的回归方程揭示了设计元素的相对重要性和提供的估计有两面的BIPV性能。的平均发电有两面的BIPV模块得到根据每个实验的设计元素类型之前进行方差分析。

分析的发电性能有两面的模块与透射率,前面的发电模块测量不透明表附在后面,反之亦然。正面和背面的发电水平模块被发现是54.2 W和54.1 W,分别。

4.1。方差分析(方差分析)

方差分析(方差分析)表明,透明的空间比例,内壁反射率,module-to-inner墙距离,和透明的结合空间比和反射率是显著的,在0.05的显著性水平。另一方面,透明的空间比和距离的组合以及反射率和距离值分别为0.409和0.920,因此并不重要。

方差分析表如表3。此外,各自的贡献率的重要设计元素是根据公式计算(1)作为治疗的总方差除以总平方和。

在设计元素,反射率光电性能,做出最大的贡献为74.6%。其次是透明的空间比例,达到17.89%。相比之下,透明的结合空间比和反射率和module-reflector距离只贡献了2.3 ~ 4%,显著低于反射率的影响和透明的空间比例。

如图10,更大的透明空间比和反射率值导致更多增强光伏性能。关于module-reflector距离,最大的光伏性能是观察到120毫米,与值下降。这表明的重要性,确保适当的模块之间的距离和后反射器允许辐射传输到后方。性能变化最为明显的反射率的变化,而变化是最小的变化module-reflector距离。

图11展示设计元素之间的相互作用的影响。反射率的变化之间存在着交互效应和透明的空间比发电,但反射率的影响比透明的空间。发电保持相对稳定的透明空间和距离和反射率和距离,显示一个最小的相互影响。参照个人设计元素对性能的影响,透明的空间比例比module-reflector距离影响更大,而反射率比module-reflector距离的影响。

观察细胞的位置,发电相似的线和网格类型,如图12。发电水平也是类似的镜面反射和漫反射类型,如图13。因此,细胞的位置和反射率的光伏性能的影响最小。

4.2。多重回归分析

进行了多元回归分析的设计元素来源于方差分析,以理解的光伏特性有两面的BIPV模块。通过多元回归分析,有两面的BIPV模块的性能使用派生而来 BiPower (W)是有两面的BIPV输出,比率(%)是透明的空间,反射率(%),(毫米)模块和内壁之间的距离。

多元回归方程可以通过模型来检查总结表4。代表独立变量之间的相关性,为0.372645。这表明独立变量之间的相关性的透明空间率,反射率,module-reflector距离,和透明的结合空间比和反射率,确认各自的独立自然设计元素。确定系数,(平方)为0.9935,表明独立变量(设计元素)解释因变量(性能)的99.35%。因此,派生的回归模型被认为是适当的。

回归系数表(表5)显示的结果统计测试的设计元素。派生的回归方程被证明是重要的在0.05的显著性水平显著性水平测试。因此,光伏性能的模型被证明是合适的。

有两面的BIPV模块性能的分析基于多元回归方程表明,选择设计条件导致了35.3%的最大性能增强现有模块。它还表明,module-reflector距离最小的影响最大的光伏性能和性能达到120毫米。

5。结论

本研究用实验分析设计元素的性能的影响有两面的BIPV模块有两面的光伏模块的应用到建筑物的外墙。

方差分析表明,设计元素的反射率和透明的空间比例对性能的影响最大。模块和墙之间的距离减少了对性能的影响。这些结果表明的重要性选择一个高度反光的外墙装饰材料,应用有两面的光伏模块构建信封。有两面的BIPV模块的设计,透明的空间比例较高的细胞植入将有利于提高发电性能。

有两面的BIPV模块产生输出高于30%的正面模块,根据不同的设计元素。因此,取代现有的潜在好处monofacial BIPV模块有两面的BIPV模块被证实。

增强了20%有两面的BIPV模块性能可以通过修改反射率和透明的空间比例,这被证明产生主要影响性能的回归方程。外墙反射率是最重要的变量的安装期间有两面的BIPV模块,和一个明亮的颜色应该使用至少80%的反射率。

有两面的BIPV模块本身应该透明的空间至少30%的比率。当深色用于外墙反射率为50%以下,有两面的BIPV模块与透明的空间至少应该使用比率40%。为了达到更高的性能通过安装有两面的BIPV模块,设计条件包括反射率超过50%和一个透明的空间比例超过30%必须满足。此外,有两面的BIPV模块必须使用合适的透明空间比例,根据外墙装饰材料的属性。

鉴于这项研究提供了一个有限的设计条件的统计分析在标准测试条件下,它的能力是有限的,建立有两面的BIPV模块性能标准根据室外安装条件。因此,后续研究应该进行户外性能实验考虑额外的设计元素,如有两面的光伏模块温度、倾斜角度,方向。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了韩国研究所的能源技术评估和规划(KETEP)的贸易、工业和能源(MOTIE)的大韩民国(没有。20134010200540也没有。20143010011910)。

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