使用可再生能源系统的Aladdin Cloud模拟器和建筑能耗分析方法，研究了阿曼在低和高地表反照率条件下光伏发电的近似双面收益

《Results in Engineering》：Approximated Bifacial Gains of Photovoltaic Electricity under Low and High Ground Albedo in Oman Using Aladdin Cloud Simulator of Renewable Energy Systems and Energy Analysis of Buildings

双面光伏板在阿曼七城市的发电增益研究。通过Aladdin等工具模拟分析，发现低反照率（0.30）下平均增益7%，高反照率（0.65）下达15%，夏季增益显著（6月约19%），冬季稳定（6%-13%）。研究强调地理多样性影响，建议当双面板成本增量低于10%时优先采用。

　　该研究旨在通过一种新的性能指标——“近似双面增益”（ABG）——对阿曼从单面光伏系统转向双面光伏系统的电力增益进行分析。这项研究覆盖了七个地理分布广泛的城市，包括Duqm、Ibri、Khasab、Muscat、Salalah和Sohar，评估了在两种地表反射率（0.30和0.65）条件下的双面增益。通过对这些城市在三种代表性场景下的比较分析，包括单面光伏系统、双面光伏系统（地表反射率为0.30）以及双面光伏系统（地表反射率为0.65），研究揭示了双面光伏系统在不同地表反射率条件下的性能差异。此外，研究还探讨了双面光伏系统在阿曼不同地理位置的性能变化，并通过一种新的方法对双面光伏系统的性能进行了量化评估。

### 光伏技术的背景与发展趋势

光伏发电（PV）技术是近年来增长最快的可再生能源之一。尽管在2023年底，光伏发电在全球电力生产中的份额仅为5.4%，但可再生能源整体的份额也仅为30.3%，这使得光伏发电成为清洁电力生产的主要贡献者之一，仅次于水力发电和风力发电。光伏发电在全球范围内的快速发展使其有望在2027年超过风力发电，并在2029年超过水力发电。此外，光伏发电技术在过去的几年中通过多种改进手段提高了能量转换效率，例如采用半切（HC）电池、钝化发射极和背面接触（PERC）结构、多条形条（MBB）和超级多条形条（SMBB）连接、N型设计以及交错背面接触（IBC）布局等。这些改进显著提升了光伏系统的整体性能。

### 双面性概念与地表反射率的作用

双面性概念是另一种提高光伏模块性能的技术改进。双面光伏模块不仅能够利用正面吸收的太阳辐射产生直流（DC）电力，还可以通过背面反射的光能进一步提升发电效率。这种增益通常以百分比形式表示，称为“双面增益”（BG）。然而，研究指出，由于背面接收的辐射量通常比正面少，且其性质不同，因此双面增益的提升幅度有限。为了更准确地评估双面光伏系统的性能，研究提出了一种新的指标——“近似双面增益”（ABG），用于衡量双面光伏系统相对于单面光伏系统的电力增益。ABG的计算方法是基于双面光伏系统与单面光伏系统在相同功率容量下的电力差异，从而提供更全面的比较。

### 模拟工具与方法

研究使用了“Aladdin”这一基于云的免费光伏模拟工具，其功能涵盖多种可再生能源系统和建筑设计，如风力发电场、建筑（能源需求和热图）、太阳能烟囱、太阳能热系统以及电池储能。此外，为了验证“Aladdin”的准确性，研究还采用了其他模拟工具，如“Energy3D”和“PVGIS”进行对比分析。这些工具主要用于单面光伏系统的模拟，而“PVsyst”则用于双面光伏系统的基准测试。通过这些工具的对比，研究验证了“Aladdin”在模拟光伏系统性能方面的能力，并发现其结果与其他工具之间的差异较小，因此具有较高的可靠性。

### 地表反射率对双面增益的影响

研究指出，地表反射率是影响双面光伏系统性能的关键因素之一。地表反射率越高，背面接收到的光能越多，从而提高双面增益。在低反射率（0.30）情况下，双面增益在夏季（如6月）达到最高（约9.5%），而在冬季（如12月）最低（接近6%）。而在高反射率（0.65）情况下，双面增益在夏季仍达到最高（约19%），而在冬季也有所下降（接近13%）。这表明，双面光伏系统在不同地表反射率条件下的性能存在显著差异，尤其是在夏季。

### 七座城市的选择与分析

为了确保研究结果的广泛适用性，研究选择了七座地理位置和气候条件不同的城市进行分析。这些城市包括：Buraimi、Duqm、Ibri、Khasab、Muscat、Salalah和Sohar。其中，Khasab代表阿曼北部，Salalah代表南部，Duqm代表东部，Buraimi代表西部，Ibri代表中部，Muscat作为首都具有重要的政治意义，Sohar则因其经济和工业中心地位而被纳入研究。通过这些城市的比较，研究展示了双面光伏系统在不同地理条件下的性能差异，并进一步验证了其在不同反射率下的增益情况。

### 研究结果的展示

研究结果表明，阿曼单面光伏系统的平均日直流电力输出约为5 kWh/kWp，对应年均输出为1,825 kWh/kWp。而双面光伏系统在低反射率（0.30）和高反射率（0.65）条件下的年均输出分别达到了1,949.1 kWh/kWp和2,094.9 kWh/kWp。这表明，双面光伏系统在阿曼的电力增益分别为7.0%和15.0%。同时，研究还指出，双面光伏系统在阿曼不同城市的电力输出存在一定的季节性变化，夏季的增益显著高于冬季。

### 模拟结果的对比分析

为了进一步验证研究结果的准确性，研究对比了“Aladdin”模拟结果与其他工具（如“Energy3D”和“PVGIS”）的计算结果。在单面光伏系统模拟中，研究发现不同工具之间的结果差异较小，且总体上具有较高的一致性。而在双面光伏系统模拟中，研究使用了“PVsyst”进行基准测试，并发现“Aladdin”与“PVsyst”的结果在两个反射率（0.30和0.65）下均存在一定的偏差，但其绝对值均低于0.5%。这表明，尽管不同工具在建模方法和假设上存在差异，但其结果在总体上具有较高的可靠性。

### 未来展望与建议

研究认为，双面光伏系统在阿曼具有显著的电力增益，特别是在地表反射率较高的情况下。因此，研究建议在安装双面光伏系统时，如果其额外成本低于10%，则可以考虑其在生命周期内的预期收益。同时，研究指出，为了维持较高的地表反射率，安装者和投资者需要投入一定的维护成本，因此在选择安装双面光伏系统时，应权衡其额外成本与预期收益。此外，研究还强调了“Aladdin”作为一款免费且功能强大的计算机辅助工程（CAE）工具，在模拟光伏系统和可再生能源系统方面具有重要的应用价值。

### 结论

综上所述，研究通过“Aladdin”模拟工具对阿曼不同城市和不同地表反射率条件下的双面光伏系统与单面光伏系统的性能进行了系统分析。研究发现，双面光伏系统在不同地表反射率条件下具有显著的电力增益，特别是在夏季，而冬季的增益则相对较小。此外，研究还指出，不同模拟工具在建模方法和假设上的差异较小，因此其结果具有较高的可靠性。研究认为，双面光伏系统在阿曼具有广阔的应用前景，特别是在地表反射率较高的情况下，能够显著提升电力产出。因此，研究建议在阿曼的光伏项目中，根据地表反射率和成本效益，合理选择双面或单面光伏系统。