一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法

1.本发明属于光伏组件技术领域，具体涉及一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法。


背景技术：

2.光伏组件的发电量受到很多因素的影响，比如环境、低辐照、光谱、标称功率等等，其中一个影响因素就是实际工作温度，光伏组件的光电转换效率会随着组件工作温度的升高而下降，这对光伏系统输出电性能和运行可靠性都会带来不利影响。如论文(the effect oftemperature on the power drop in crystalline silicon solar cells)中已指出，当光伏组件的温度升高1k时，其光电转化效率会下降0.4％。实际光伏阵列中由于环境风速、环境温度、地面温度分布不均以及组件间的影响等因素存在动态差异，导致组件实际工作温度难以检测，并且光伏组件有多层封装层，难以准确检测其中太阳电池的实际温度。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法，解决了由于环境风速、环境温度、地面温度分布不均以及组件相互影响等问题导致光伏阵列中组件实际工作温度测试不精确的技术问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用如下方案实现：
5.一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法，包括如下步骤：
6.步骤1：分析光伏组件的传热机理，根据能量守恒定律，建立组件温升特性理论模型；
7.步骤2：将对应相关环境参数输入到步骤1的模型中，计算出光伏组件的实际工作温度。
8.进一步改进，所述建立组件温升特性理论模型，具体为：将光伏组件分为五个部分，自上而下依次包括玻璃盖板、上层eva、电池片、下层eva和背板，将每一层当作一个整体，分析各层之间的传热机理；基于这五个部分之间的热对流，热辐射和热传导，根据能量守衡定律，列出光伏组件每一层的稳态热平衡公式。
9.进一步改进，针对玻璃盖板层，当太阳辐射照射到玻璃盖板面，一部分辐射被反射，一部分透射过玻璃盖板进入上层eva，同时玻璃盖板会和天空、地面以及前一排组件背板存在一定的辐射换热，会和空气产生对流换热，也会和上层eva存在热传导。由于光伏组件遮挡部分地面，因此将地面分为阴影区和非阴影区来计算地面和组件的辐射换热。
10.根据能量守恒定律，进入玻璃盖板的能量等于透射出去的能量，列出玻璃盖板的能量守恒公式如式(1)所示：
11.i+r
cond
＝r
fs
+r
fg
+r
f(n)b(n-1)
+r
fa
+iρf+iτf(1)
12.式中，i为太阳辐射值，w/m2；r
cond
为玻璃盖板与上层eva之间的热传导，w/m2，
13.其中t
e1
为上层eva的温度，k；tf为玻璃盖板的温度，k；r1为玻璃盖板与上层eva之间的热阻，k/w。
14.其中δf为玻璃盖板的厚度，m；δ
e1
为上层eva的厚度，m；λf为玻璃盖板的导热系数，w/m﹒k；λ
e1
为上层eva的导热系数，w/m﹒k))。
15.r
fs
为玻璃盖板与天空之间的热辐射，w/m2，r
fs
＝σf
fs
(εft
f4-εst
s4
)，其中σ为波兹曼常数，σ＝5.67
×
10-8
。
16.f
fs
为玻璃盖板与天空之间的角系数，其中θ为组件的安装角度。
17.εf为盖板的发射率；εs为天空的发射率；tf为盖板的温度，k；ts为天空的温度，k，ts＝0.0552t
a4
，其中ta为环境温度，k；r
fg
为玻璃盖板与地面之间的热辐射，w/m2，其中，f
fg1
为玻璃盖板与地面阴影区之间的角系数；f
fg2
为玻璃盖板与地面非阴影区之间的角系数；εg为地面的发射率；t
g1
为地面阴影区的温度，k；t
g2
为地面非阴影区的温度，k。
18.以第n排组件为基准，r
f(n)b(n-1)
为玻璃盖板与前一排(即第n-1排)光伏组件的背板之间的热辐射，w/m2；其中，f
fb
为玻璃盖板与前一排光伏组件背板之间的角系数；εb为背板的发射率；tb为背板的温度。
19.r
fa
为玻璃盖板与空气之间的热对流，w/m2，r
fa
＝h
fa
(t
f-ta)，其中h
fa
为玻璃盖板与空气之间的热对流系数，h
fa
＝5.7+3.8v，其中v为风速，m/s，
20.ρf为玻璃盖板的反射率；τf为玻璃盖板的透射率。
21.进一步改进，对于上层eva，进入该层的能量有透射过玻璃盖板层到达它的辐射以及与电池片的热传导，出去的能量有被上层eva反射的辐射，与玻璃盖板的热传导以及透过上层eva的辐射。
22.根据能量守恒定律，进入上层eva的能量等于出去的能量，列出上层eva的能量守恒公式如式(2)所示：
[0023][0024]
式中，tc为电池片的温度，k；r2为上层eva与电池片之间的热阻，k/w，其中δc为电池片的厚度，m；λc为电池片的导热系数，w/m﹒k；
[0025]
τ
e1
为上层eva的透射率；ρ
e1
为上层eva的反射率。
[0026]
进一步改进，对于电池片，进入该层的能量有到达它的辐射，出去的能量有组件输出的电能、被反射的辐射、与上层eva的热传导以及与下层eva的热传导；根据能量守恒定律，列出电池片的能量守恒公式如式(3)所示：
[0027]
[0028]
式中，p为电池片输出的功率，w；a为组件的表面积，m2；ρc为电池片的反射率；t
e2
为下层eva的温度，k；r3为电池片与下层eva之间的热阻，k/w，其中δ
e2
为下层eva的厚度，m；λ
e2
为下层eva的导热系数，w/m﹒k。
[0029]
进一步改进，对于下层eva，进入的能量有与电池片的热传导，出去的能量有与背板的热传导；根据能量守恒定律，列出下层eva的能量守恒公式如式(4)所示：
[0030][0031]
式中，r4为下层eva与背板之间的热阻，k/w；其中δb为背板的厚度，m；λb为背板的导热系数，w/m﹒k；tb为背板的温度，k。
[0032]
进一步改进，对于背板，进入的能量有与下层eva的热传导和接收的总辐射，出去的能量有与天空的辐射换热、与地面阴影和非阴影区的辐射换热、与后排组件的辐射换热、背板的辐照反射以及与空气的对流换热。根据能量守恒定律，列出背板的能量守恒公式，如式(5)所示：
[0033][0034]
式中，gr为背板接受的总辐照，w/m2，h
ba
为背板与空气的对流换热系数，r
bs
为背板与空气的热辐射，其中f
bs
为背板与空气的角系数；r
bg
为背板和地面的热辐射其中f
bg1
为背板与地面阴影区的角系数，f
bg2
为背板与地面非阴影区的角系数；r
b(n)f(n+1)
为背板与光伏阵列中排组件玻璃盖板层的热辐射；以第n排组件为基准，其中f
bf
为背板与光伏阵列中后一排(即第n+1排)组件玻璃盖板层的角系数；ρb为背板的反射率。
[0035]
进一步改进，背板接受的总辐射如式(6)所示：
[0036]gr
＝g1+g2+g3(6)
[0037]
式中：g1为地面反射部分，其中ρg为地面反射率；dhi为水平散射照度，w/m2；ghi为总水平辐照度，w/m2；a为光伏组件的表面积，m2；a1为地面阴影区的面积，m2；f1为地面阴影区对背板的视角系数；a2为地面非阴影区的面积，m2；f2为地面非阴影区对背板的视角系数。g2为天空漫反射，g3为后排组件的反射，g3＝iρff3，其中，f3为后排组件对背板的视角系数。由于光伏组件、地面阴影区、和地面非阴影区可以假设为无限长水平平面，用到的视角系数均可以采用交叉线法计算得到。
[0038]
进一步改进，将对应环境参数带入到上述的模型中，求解得出光伏组件的各层温度值，由于将组件温度测量探头放置在背板中，因此可将背板温度设置成组件实际工作温度。
[0039]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0040]
本发明基于能量守恒定律，将光伏组件分为五个部分，玻璃盖板、上层eva、电池片、下层eva、背板，将每一部分当作一个整体，不考虑温度随时间的滞后性，根据传热机理，分析该部分与上下两层之间的传导换热，与环境之间的对流换热、辐射换热，列出每一部分的能量守恒公式，将得到的数学模型输入到matlab中进行计算，可以得到每一部分的温度。该计算方法考虑了光伏阵列中组件的互相影响以及地面由于遮挡产生温度分布不均的影响，解决了实际情况下光伏阵列中组件受地面温度分布不均及组件互相影响而难以检测实际工作温度的技术问题。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]
图1为本发明所述光伏组件实际工作温度的计算方法的流程图；
[0043]
图2为光伏组件温升特性模型示意图；
[0044]
图3为环境参数、组件温度关系示意图；
[0045]
图4为模拟与实验温度结果图；
[0046]
图5为模拟与实验的温度差值图。
具体实施方式
[0047]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
如图1，一种光伏组件实际工作温度的计算方法，包括如下步骤：
[0049]
s1：分析光伏组件的传热机理，根据能量守恒定律，建立组件温升特性理论模型；
[0050]
s2：将对应相关环境参数输入到步骤1的模型中，计算出光伏组件的实际工作温度。
[0051]
在本实施例中，所述建立组件温升特性理论模型，具体为：将光伏组件分为五个部分，自上而下依次包括玻璃盖板、上层eva、电池片、下层eva和背板，将每一层当作一个整体，分析各层之间的传热机理；基于这五个部分的热对流，热辐射和热传导，根据能量守衡定律，列出光伏组件每一层的稳态热平衡公式。
[0052]
在本实施例中，如图2所示，针对玻璃盖板层，当太阳辐射照射到玻璃盖板，一部分辐射被反射，一部分透射过玻璃盖板进入上层eva，同时玻璃盖板会和天空、地面阴影与非阴影区以及前一排组件的背板存在一定的辐射换热，会和空气产生对流换热，也会和上层eva存在热传导。根据能量守恒定律，进入玻璃盖板的能量等于透射出去的能量，列出玻璃盖板的能量守恒公式，如式(1)所示：
[0053]
i+r
cond
＝r
fs
+r
fg
+r
f(n)b(n-1)
+r
fa
+iρf+iτf(1)
[0054]
式中，i为太阳辐射值，w/m2；r
cond
为玻璃盖板与上层eva之间的热传导，w/m2，
[0055]
其中t
e1
为上层eva的温度，k；tf为玻璃盖板的温度，k；r1为玻璃盖板与上层eva之间的热阻，k/w，其中δf为盖板的厚度，m；δ
e1
为上层eva的厚度，m；λf为盖板的导热系数，w/m﹒k；λ
e1
为上层eva的导热系数，w/m﹒k；r
fs
为玻璃盖板与天空之间的热辐射，w/m2，r
fs
＝σf
fs
(εft
f4-εst
s4
)，其中σ为波兹曼常数，σ＝5.67
×
10-8
；f
fs
为玻璃盖板与天空之间的角系数，其中θ为组件的安装角度；εf为盖板的发射率；εs为天空的发射率；tf为盖板的温度，k；ts为天空的温度，k，
[0056]
ts＝0.0552t
a4
，其中ta为环境温度，k；r
fg
为玻璃盖板与地面之间的热辐射，w/m2，其中，f
fg1
为玻璃盖板与地面阴影区之间的角系数，f
fg2
为玻璃盖板与地面非阴影区之间的角系数；εg为地面的发射率；t
g1
为地面阴影区的温度，k，t
g2
为地面非阴影区的温度，k；
[0057]rf(n)b(n-1)
为玻璃盖板与前一排(即第n-1排)光伏组件的背板之间的热辐射，w/m2，n表示第n排光伏组件，其中，f
fb
为玻璃盖板与前一排光伏组件背板之间的角系数，εb为背板的发射率，tb为背板的温度；r
fa
为玻璃盖板与空气之间的热对流，w/m2，r
fa
＝h
fa
(t
f-ta)，其中h
fa
为玻璃盖板与空气之间的热对流系数，h
fa
＝5.7+3.8v，其中v为风速，m/s；ρf为玻璃盖板的反射率；τf为玻璃盖板的透射率。
[0058]
在本实施例中，如图2所示，对于上层eva，进入该层的能量有透射过玻璃盖板层到达它的辐射以及与电池片的热传导，出去的能量有被上层eva反射的辐射，与玻璃盖板的热传导以及透过上层eva的辐射。根据能量守恒定律，进入上层eva的能量等于出去的能量，列出上层eva的能量守恒公式，如式(2)所示：
[0059][0060]
式中，tc为电池片的温度，k；r2为上层eva与电池片之间的热阻，k/w，其中δc为电池片的厚度，m；λc为电池片的导热系数，w/m﹒k；τ
e1
为上层eva的透射率；ρ
e1
为上层eva的反射率。
[0061]
在本实施例中，如图2所示，对于电池片，进入该层的能量有到达它的辐射，出去的能量有组件输出的电能、被反射的辐射、与上层eva的热传导以及与下层eva的热传导。根据能量守恒定律，列出电池片的能量守恒公式如式(3)所示：
[0062][0063]
式中，p为电池片输出的功率，w；a为组件的表面积，m2；ρc为电池片的反射率；t
e2
为
下层eva的温度，k；r3为电池片与下层eva之间的热阻，k/w，其中δ
e2
为下层eva的厚度，m；λ
e2
为下层eva的导热系数，w/m﹒k。
[0064]
在本实施例中，如图5所示，对于下层eva，进入的能量有与电池片的热传导，出去的能量有与背板的热传导。
[0065]
根据能量守恒定律，列出下层eva的能量守恒公式，如式(4)所示：
[0066][0067]
式中，r4为下层eva与背板之间的热阻，k/w；其中δb为背板的厚度，m；λb为背板的导热系数，w/m﹒k；tb为背板的温度，k。
[0068]
在本实施例中，如图2所示，对于背板，进入的能量有与下层eva的热传导和接收的总辐射，出去的能量有与天空的辐射换热、与地面阴影区和非阴影区的辐射换热、与后排组件的的辐射换热、反射的太阳辐射以及与空气的对流换热。
[0069]
根据能量守恒定律，列出背板的能量守恒公式，如式(5)所示：
[0070][0071]
式中，gr为背板接受的总辐照，w/m2，h
ba
为背板与空气的对流换热系数，r
bs
为背板与空气的热辐射，其中f
bs
为背板与空气的角系数；r
bg
为背板和地面的热辐射其中f
bg1
为背板与地面阴影区的角系数，f
bg2
为背板与地面非阴影区的角系数；r
b(n)f(n+1)
为背板与光伏阵列中后一排(即第n+1排)组件玻璃盖板层的热辐射，其中f
bf
为背板与光伏阵列中后一排组件玻璃盖板层的角系数；ρb为背板的反射率。
[0072]
背板接受的总辐射如式(6)所示：
[0073]gr
＝g1+g2+g3(6)
[0074]
式中：g1为地面反射部分，其中ρg为地面反射率；dhi为水平散射照度，w/m2；ghi为总水平辐照度，w/m2；a为光伏组件的表面积，m2；a1为地面阴影区的面积，m2；f1为地面阴影区对背板的视角系数；a2为地面非阴影区的面积，m2；f2为地面非阴影区对背板的视角系数。g2为天空漫反射，g3为后排组件的反射，g3＝iρff3，其中，f3为后排组件对背板的视角系数。
[0075]
通过求解可以得到光伏组件的各层温度数值，同时由于目前组件温度测量是将温度探头放置在背板，因此可将背板温度设置成组件实际工作温度。
[0076]
应用实例：
[0077]
为了验证本发明所建立的热模型，设计相关实验测量组件的背板温度。选取阵列
中一块具有72片电池片太阳能光伏组件，组件朝南安放，安装倾角为37
°
，从早上9：30到下午13：00，每隔五分钟记录一次数据，分别记录组件平面辐照度、风速、环境温度以及背板温度。
[0078]
对记录的组件平面辐照度、风速、环境温度数据进行处理，即删去一些异常数据点，例如风速骤然上升或下降很大的点。如图3所示，从图中可以看出，组件的工作温度与辐照度的趋势是一致的。
[0079]
根据所建立的温升特性理论模型，将实验数据组件平面辐照度i、风速v、环境温度t
amb
放入上述数学模型中，采用matlab软件，计算出玻璃盖板的温度tf、上层eva的温度t
e1
、电池片的温度tc、下层eva的温度t
e2
以及背板的温度tb，则tb即为模拟的组件工作温度。将实验结果t
mod
与模拟结果tb进行对比，对比结果如图4、5所示，可以看出实验结果与模拟结果随时间的推移都在呈现波动上升的趋势，且模拟结果与实验结果的误差在
±
2.5℃以内。由于所建立的理论模型是稳态模型，不考虑时间的影响，而实际情况中，温度会随时间的变化存在一定的滞后性，才能达到稳态，这也是实验结果与模拟结果存在误差的原因之一。
[0080]
运用所建立的模型，计算该光伏组件的工作温度，在nmot条件下，即辐照度800w/m2，环境温度20℃，风速1m/s，组件安装倾角为37
°
的情况下，该72片电池片常规组件(组件长为1.96m，宽为0.98m)的输出功率为268w，根据文献：hammami m,torretti s,grimacciaf,et al.thermal and performance analysis of a photovoltaic module with an integrated energystorage system[j].applied sciences,2017,7(11):1107.，得出地面的发射率设置为0.94，地面的反射率设置为0.2，天空的发射率设置为0.91，组件的材料参数如表1所示，则计算结果如表2所示，该72片电池片常规组件的额定工作温度为43.7℃。
[0081]
表1组件材料参数
[0082][0083]
表2组件nmot计算结果
[0084]
材料温度/℃玻璃盖板42.91上层eva43.85电池片44.13下层eva44.01背板43.71
[0085]
通过设计相关实验，对建立的温升特性模型进行验证，得到如下结论：
[0086]
1、运用本发明所述模型所计算的模拟结果与实验结果随辐照度变化而变化的趋
势是一致的，辐照度越高，温度呈现波动上升趋势。
[0087]
2、模拟结果与实验结果存在一定的误差，误差控制在
±
2.5℃以内，这主要是因为模型没有考虑时间的影响，忽略了温度随时间的滞后性。
[0088]
3、运用该温度特性模型，计算出一块72片电池片常规光伏组件的额定工作温度为43.71℃。
[0089]
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：
1.一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：分析光伏组件的传热机理，根据能量守恒定律，建立组件温升特性理论模型；步骤2：将对应环境参数输入到步骤1的模型中，计算出光伏组件的实际工作温度。2.根据权利要求1所述的一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法，其特征在于，所述步骤1中，建立组件温升特性理论模型，具体为：将光伏组件分为五个部分，自上而下依次包括玻璃盖板、上层eva、电池片、下层eva和背板，将每一层当作一个整体，分析各层之间的传热机理；基于这五个部分的热对流，热辐射和热传导，根据能量守衡定律，列出光伏组件每一层的稳态热平衡公式。3.根据权利要求2所述的一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法，其特征在于，针对玻璃盖板层，当太阳辐射照射到玻璃盖板上，一部分辐射能量被反射，一部分透射过玻璃盖板进入上层eva，同时玻璃盖板和空气产生对流换热，和上层eva存在热传导，同时和天空、地面、相邻组件也存在一定的辐射换热；由于光伏组件遮挡部分地面，因此将地面分为阴影区和非阴影区来计算地面和组件的辐射换热；根据能量守恒定律，进入玻璃盖板的能量等于出去的能量，玻璃盖板层的能量守恒公式如式(1)所示：i+r
cond
＝r
fs
+r
fg
+r
f(n)b(n-1)
+r
fa
+iρ
f
+iτ
f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，i为太阳辐射值，w/m2；r
cond
为玻璃盖板与上层eva之间的热传导值，w/m2；其中t
e1
为上层eva的温度，k；t
f
为玻璃盖板的温度，k；r1为玻璃盖板与上层eva之间的热阻，k/w；其中δ
f
为玻璃盖板盖板的厚度，m；δ
e1
为上层eva的厚度，m；λ
f
为玻璃盖板盖板的导热系数，w/m﹒k；λ
e1
为上层eva的导热系数，w/m﹒k；r
fs
为玻璃盖板与天空之间的热辐射值，w/m2，r
fs
＝σf
fs
(ε
f
t
f4-ε
s
t
s4
)，其中σ为波兹曼常数，σ＝5.67
×
10-8
；f
fs
为玻璃盖板与天空之间的角系数，其中θ为组件的安装角度；ε
f
为玻璃盖板盖板的发射率；ε
s
为天空的发射率；t
f
为玻璃盖板盖板的温度，k；t
s
为天空的温度，k；t
s
＝0.0552t
a4
，其中t
a
为环境温度，k；r
fg
为玻璃盖板与地面之间的热辐射值，w/m2，其中，f
fg1
为玻璃盖板与地面阴影区之间的角系数，f
fg2
为玻璃盖板与地面非阴影区之间的角系数；ε
g
为地面的发射率；t
g1
为地面阴影区的温度，k，t
g2
为地面非阴影区的温度，k；以第n排组件为基准，r
f(n)b(n-1)
为玻璃盖板与前一排光伏组件的背板之间的热辐射，w/m2，n表示第n排光伏组件，其中，f
fb
为玻璃盖板与前一排光伏组件背板之间的角系数，ε
b
为背板的发射率，t
b
为背板的温度；r
fa
为玻璃盖板与空气之间的热对流值，w/m2，r
fa
＝h
fa
(t
f-t
a
)，其中h
fa
为玻璃盖板与空气之间的热对流系数，h
fa
＝5.7+3.8v，其中v为风速，m/s；
ρ
f
为玻璃盖板的反射率；τ
f
为玻璃盖板的透射率。4.根据权利要求3所述的一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法，其特征在于，对于上层eva，进入该层的能量包括透射过玻璃盖板层到达它的辐射以及与电池片的热传导能量；出去的能量包括被上层eva反射的辐射能量，与玻璃盖板层的热传导以及透过上层eva的辐射能量；根据能量守恒定律，进入上层eva的能量等于出去的能量，上层eva的能量守恒公式如式(2)所示：式中，t
c
为电池片的温度，k；r2为上层eva与电池片之间的热阻，k/w，其中δ
c
为电池片的厚度，m；λ
c
为电池片的导热系数，w/m﹒k；τ
e1
为上层eva的透射率；ρ
e1
为上层eva的反射率。5.根据权利要求4所述的一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法，其特征在于，对于电池片，进入该层的能量包括到达电池片的辐射能量；出去的能量包括组件输出的电能、被反射的辐射能量、与上层eva的热传导以及与下层eva的热传导；根据能量守恒定律，电池片的能量守恒公式如式(3)所示：式中，p为电池片输出的功率，w；a为组件的表面积，m2；ρ
c
为电池片的反射率；t
e2
为下层eva的温度，k；r3为电池片与下层eva之间的热阻，k/w，其中δ
e2
为下层eva的厚度，m；λ
e2
为下层eva的导热系数，w/m﹒k。6.根据权利要求5所述的光伏组件实际工作温度的计算方法，其特征在于，对于下层eva，进入的能量包括与电池片的热传导，出去的能量包括与背板的热传导；根据能量守恒定律，下层eva的能量守恒公式如式(4)所示：式中，r4为下层eva与背板之间的热阻，k/w；其中δ
b
为背板的厚度，m；λ
b
为背板的导热系数，w/m﹒k。7.根据权利要求6所述的一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法，其特征在于，对于背板，进入的能量包括与下层eva的热传导和接收的总辐射能量；出去的能量包括与天空的辐射换热、与地面的辐射换热、与阵列中后一排光伏组件玻璃盖板层的辐射换热、与空气的对流换热以及被反射的太阳辐射；特别地，背板与地面的辐射换热划分为阴影区与非阴影区的辐射换热；根据能量守恒定律，背板的能量守恒公式如式(5)所示：
式中，g
r
为背板接受的总辐照，w/m2，h
ba
为背板与空气的对流换热系数，r
bs
为背板与空气的热辐射，其中f
bs
为背板与空气的角系数；r
bg
为背板和地面的热辐射其中f
bg1
为背板与地面阴影区的角系数，f
bg2
为背板与地面非阴影区的角系数；以第n排组件为基准，r
b(n)f(n+1)
为背板与光伏阵列中后一排组件玻璃盖板层的热辐射，其中f
bf
为背板与光伏阵列中后一排组件玻璃盖板层的角系数；ρ
b
为背板的反射率。8.根据权利要求7所述的一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法，其特征在于，所述的背板接受的总辐射如式(6)所示：g
r
＝g1+g2+g3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)式中：g1为地面反射部分，其中ρ
g
为地面反射率；dhi为水平散射照度，w/m2；ghi为总水平辐照度，w/m2；a为光伏组件的表面积，m2；a1为地面阴影区的面积，m2；f1为地面阴影区对背板的视角系数；a2为地面非阴影区的面积，m2；f2为地面非阴影区对背板的视角系数；g2为天空漫反射，g3为后排组件的反射，g3＝iρ
f
f3，其中，f3为后排组件对背板的视角系数。9.根据权利要求8所述的一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法，其特征在于，所述视角系数采用交叉线法计算得到。10.根据权利要求8所述的一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法，通过求解可以得到光伏组件的各层温度数值，同时由于目前组件温度测量是将温度探头放置在背板，因此可将背板温度设置成组件实际工作温度。

技术总结
本发明公开了一种光伏阵列中不同安装地面组件工作温度计算方法，将普通光伏组件分为五层，玻璃盖板、上层EVA、电池片、下层EVA、背板，结合组件不同层之间的传导换热，以及组件与外界环境、相邻组件之间的对流换热和辐射换热，对组件每一层的温升特性进行理论分析，以能量守恒定律为基础，推导出组件每一层的能量守恒公式，通过数值分析得到光伏组件温升特性模型的理论计算方法，计算出光伏阵列中光伏组件的实际工作温度，并设计实验，验证该模型的准确性。该方法解决了由于环境风速、环境温度、地面温度分布不均及组件间相互影响等因素导致光伏阵列中组件实际工作温度测试不精确的技术问题。技术问题。技术问题。


技术研发人员：鲁宇轩 王磊 曹心悦 赵曾瑞雪 杜开泰 葛文文
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/9/5