模块技术、地面覆盖率和串配置对沙漠环境中水平单轴跟踪器上双面光伏系统性能的影响

《Renewable Energy》：The Impact of Module Technology, Ground Coverage Ratio, and String Configuration on the Performance of Bifacial PV Systems on Horizontal Single-Axis Trackers in Desert Environments

　　Maulid Kivambe|Amir Abdallah|Dhanup Pillai|Mohamed Abdelrahim|Mohamed Elgaili
卡塔尔环境与能源研究所（QEERI），哈马德·本·哈利法大学（HBKU），邮政信箱：34110，多哈，卡塔尔

**摘要**
双面组件在水平单轴跟踪器上的应用已成为大型光伏系统的标准配置。然而，跟踪器的性能很大程度上取决于组件技术、系统设计以及现场的环境条件。本研究评估了两种横向单轴跟踪器系统在中东沙漠气候条件下的性能，并将其与固定倾斜系统进行了对比，测试时间长达二十个月。研究了三种先进的商业太阳能电池技术——钝化发射极和背面电池、钝化发射极全扩散背面电池以及硅异质结电池，在不同的地面覆盖率、串长和组件布局下的表现。结果表明，这些跟踪器系统年均日增益约为13.5%，夏季峰值日均增益可达36%。跟踪器的优势具有明显的季节性，在冬季，固定倾斜系统的日均能量产出比水平单轴跟踪器高出7.2%。跟踪器的年双面增益范围为9.4%至12.1%，随着散射辐照度的增加和地面覆盖率的降低而提高。硅异质结电池在高温高辐照度条件下表现出最高的能量产出。串的方向对性能影响较小，而较小的串长则具有轻微的优势。这些发现为高辐照度沙漠地区的技术选择和系统设计提供了宝贵的参考。

**1. 引言**
太阳能光伏（PV）已迅速成为全球电力市场的重要参与者。2024年，全球太阳能光伏年安装容量达到了创纪录的600吉瓦，比2023年增长了33%，预计到2030年每年将安装1太瓦的太阳能光伏系统[1]。最先进的大型光伏系统主要采用安装在水平单轴跟踪器上的双面组件[2]。这是因为这种配置能够同时提高能量产出并降低成本。仿真研究和现场运行数据表明，在大多数地区，这种配置具有实现最低平准化电力成本（LCOE）的潜力[3]。然而，水平单轴跟踪器（HSAT）的实际性能及其相对于固定倾斜系统的优势存在显著差异，这受到技术、环境和系统设计因素的综合影响。关键决定因素包括光伏组件的特性、地理和环境条件、跟踪精度以及布局和设计参数（如地面覆盖率GCR，即光伏集热器长度与排间距的比率）[4]。以下部分将详细讨论这些因素及其对系统性能的综合影响。

**1.1. 太阳能电池和光伏组件技术的影响**
光伏组件的性能不仅取决于其基础太阳能电池技术，还取决于组件设计，因为结构差异会影响钝化质量、光学行为和性能限制损失的程度。隧穿氧化物钝化接触（TOPCon）和硅异质结（SHJ）太阳能电池由于具有先进的钝化技术和较低的重复合损失，因此具有更高的功率转换效率[5]。SHJ技术还具备较高的开路电压，并受益于出色的表面钝化效果，从而提高了效率并降低了温度系数[6]。SHJ和TOPCon模块的低温度系数使其在高温环境下表现更优，因为高温会显著降低能量输出。例如，在卡塔尔的实地测量显示，当温度超过40°C时，PERC模块的性能会随着温度和辐照度的增加而显著下降，而TOPCon和SHJ模块则没有这种下降[7]。总体而言，TOPCon和SHJ技术的这些优势预计将转化为更高的能量产出，尤其是在背面辐照较强的环境中，如反照率较高或运行温度较高的地区。随着PERC技术接近其效率极限，效率、钝化质量、双面响应、热稳定性和制造成本的综合优势加速了全球向TOPCon和SHJ技术的转型，预计到2029年PERC太阳能电池技术将基本退出市场[2]。

双面组件的效率比（即背面与正面能量转换效率的比率）在TOPCon和SHJ设备中也更高。PERC模块的双面效率比通常约为70%，而商用顶级TOPCon和SHJ模块的双面效率比分别约为80%和87%，具体数值取决于制造商和模块设计[2]。实地测量证实了这种技术依赖性的变化，这是由于组件结构、钝化方法和光学配置的差异所致。例如，Wang等人[8]在中国海南研究了PERC、TOPCon和SHJ双面光伏组件的能量产出性能，发现TOPCon和SHJ相比PERC模块的能量产出分别提高了约5.5%和8.8%。众多仿真和现场研究表明，双面系统在各种气候和安装配置下均显著优于单面系统。Baloch等人[9]研究了两种独立固定倾斜双面组件的双面增益，其双面效率比分别为65%和90%，分别实现了8.6%和16.3%的增益。Ruan等人[10]在瑞典对单面和双面系统进行了建模，发现雪天条件下双面组件的增益为9.1%至12.8%。Janssen等人[11]报告称，在反照率为0.3的情况下，固定倾斜系统中双面组件的能量产出分别比单面组件高出28%和24%。研究还指出，在纬度高于50°的地区，双面组件的年能量产出优势可接近翻倍。Shoukry等人[12]量化了独立系统和集成配置下的双面增益，发现在地面反照率为0.5时，独立系统和集成系统的能量增益分别为33.9%和27.7%。在巴西，Barbosa de Melo等人[13]发现双面光伏的产出增加了3.8%至8.2%，与跟踪系统结合使用时增益可达到19.4%至27.4%。Stein等人[14]在美国新墨西哥州研究了双面能量增益，发现其显著依赖于组件倾斜角度、方位角和地面反照率，测量到的年增益为17%至44%。Pelaez等人[15]验证了单轴跟踪双面模型的有效性，报告在新墨西哥州双面组件的背面辐照增益为10%至14.9%，在俄勒冈州为9.4%；Berrian等人[16]在智利观察到固定倾斜系统中的双面增益为8%至11%，单轴跟踪系统中的增益为4.5%。这些文献结果表明，不同组件技术的性能因系统设计、位置、反照率和运行条件而存在显著差异。针对中东和北非（MENA）等高运行条件多变地区的新型太阳能电池技术，进行持续的现场评估对于量化产出和优化系统至关重要。

**1.2. 光伏系统安装配置的影响：优化跟踪器和固定倾斜设计的重要性**
通过最大化光伏组件接收的辐照度，可以提高其能量产出。这可以通过优化组件的倾斜角度和方位角来实现[17]，或者使用跟踪系统，并结合其他设计因素（如净空高度、地面覆盖率和表面反射率）。近年来，跟踪系统已成为大多数大型光伏系统的首选技术。利用跟踪器的光伏系统在全球市场的份额从2015年的约5%增长到2025年的约58%[2]，预计到2035年这一比例将持续线性增长至约67%。总体而言，采用单轴跟踪器的双面组件在世界各地大多数的地点实现了最低的LCOE[3]。然而，跟踪系统带来的性能提升程度因设计因素和现场条件（如地理位置、天气和气候条件）而异，这些因素会影响辐照度水平。此外，能量产出还受到串长或串长度的影响。较大的串在稳定辐照条件下通常能提供更均匀的性能，但在部分遮挡或辐照度变化（如云层移动引起的）情况下会导致更高的失配损失[19]。较小的串对局部辐照变化不太敏感，有助于减少失配损失，但会增加系统复杂性（如需要额外的逆变器、接线和 combiner 盒）和成本。因此，关于跟踪器增益（即与固定倾斜系统相比的效率提升）的数值范围很广。Janssen等人[11]的研究表明，在反照率为0.3、地面覆盖率为0.3的情况下，使用单面光伏组件的HSAT系统在阿姆斯特丹的能量产出比固定倾斜系统高出约15%，在多哈高出约19%；当使用双面光伏组件时，跟踪器增益分别增加到约24%和28%。Barbosa de Melo等人[13]比较了巴西七个地点使用单面和双面组件的光伏电站性能，结果显示单面组件的跟踪器增益约为13%至22%，而双面组件的跟踪器增益约为11%至19%。Patel等人[20]对全球范围内的大型双面跟踪光伏电站进行了建模，发现靠近赤道地区使用双面组件时，跟踪系统比固定倾斜系统多产生高达45%的能量。Sun等人[21]开发了一种可调倾斜角度的水平单轴跟踪支架，并结合了考虑组件高度、排间距和地面遮挡的辐照模型，实验证明其在混合（晴天-多云）条件下的能量产出比固定倾斜系统高出24%，在晴朗天气下高出32.7%。Babics等人[22]在沙特阿拉伯的阳光充足、炎热潮湿的环境中使用了钙钛矿/硅串联电池，展示了近54.5%的跟踪器增益。需要注意的是，这一高增益是在设备尺寸较小和采用先进串联架构的背景下实现的。总体而言，与固定倾斜系统相比，单轴跟踪器对于双面组件的能量增益范围约为11%至54.5%。这种广泛的范围是由于跟踪器性能受到多种交互因素的影响，包括地理位置、系统配置和大小、反照率、GCR和天气条件等。

跟踪器中的串配置对系统性能也有重要影响，尤其是在辐照度均匀性、失配损失和热行为方面。例如，光伏组件相对于扭矩管的布局（仅东侧、仅西侧或东西侧分布）可能导致不同的遮挡和失配损失[23]，而组件温度会因风速和方向、辐照度、环境温度和组件倾斜角度而变化[24]。GCR和跟踪器高度是光伏跟踪系统中的关键参数，它们在土地利用和结构要求与能量产出之间取得平衡。对于相同的安装容量，较低的GCR会增加土地面积，但允许更大的排间距（即排间距），从而减少排间遮挡并提高能量生产效率。较高的安装结构可以通过增加背面辐照度来进一步提高双面能量产出，但也会增加结构成本和风荷载风险。因此，优化GCR和跟踪器高度对于实现土地使用、结构复杂性和成本与系统性能之间的最佳平衡至关重要。最佳GCR主要受纬度影响，因为季节性太阳角度的变化会影响遮挡损失。在本研究中，遮挡损失定义为直接或散射辐照到达光伏组件正面、背面或两侧时导致的能量产出减少。例如，相邻排以及系统组件（如跟踪器扭矩管、支撑结构和桩）或外部障碍物（如附近植被或建筑物）都可能引起遮挡。在多哈（北纬约25°）等低纬度地区，要保持HSAT系统的排间遮挡损失低于5%，GCR需要约为0.30，而固定倾斜系统则需要约为0.62[4]。此外，跟踪器通常配备了回溯功能，这进一步减少了行与行之间的阴影遮挡。然而，即使有回溯功能，阴影损失仍然大于零，因为回溯只能减轻日出和日落时相邻行之间的阴影遮挡。来自结构组件、外部障碍物、漫射天空遮挡以及地形或几何形状引起的不匹配的阴影可能仍然存在。此外，回溯会导致相对于太阳最佳入射角度的轻微错位，从而在没有任何几何阴影的情况下也会导致额外的能量损失。总体而言，文献中报告的跟踪器增益范围很广，这反映了跟踪性能强烈依赖于位置、气候、反照率、系统几何形状和串配置。这种变异性使得在特定环境条件下继续进行研究对于准确预测性能和优化未来的光伏跟踪器部署至关重要。

1.3 地理位置和环境条件的影响
安装在太阳能跟踪器上的光伏模块的性能也受到地理和环境条件的影响，这些因素与跟踪系统动态交互。地理因素如纬度、海拔和地形决定了全天和全年接收到的太阳辐射的强度、角度和持续时间。环境参数包括环境温度、风速、相对湿度、灰尘水平和表面反照率，这些都会影响模块的运行条件，从而影响光伏模块的功率输出和可靠性。例如，在东地中海地区的一项研究[25]表明，光伏模块的温度可以超过62°C。模块温度在冬季为30.5°C，夏季为52.5°C，这导致性能比（PR）相对下降了10%。反照率高度依赖于土壤和覆盖物的性质，范围从大约0.10（湿润土壤）到>0.9（雪）[26]。高反照率表面可以增强背面辐射的捕获和双面增益。例如，对于单轴跟踪系统，据报道反照率为0.16和0.56时，双面增益分别为4%和9%[27]。因此，针对特定地点的地理位置和环境条件的影响进行评估对于确定能够最大化能量产出和长期可靠性的系统设计至关重要。

本研究在卡塔尔的沙漠气候下，对一种双portrait HSAT系统（2P）进行了全面的现场评估，量化了先进模块技术（PERC、PERT和SHJ）的能量产出，并与固定倾斜系统进行了基准测试，旨在确定适合高辐射、高温环境的最佳系统设计和技术。

2. 系统描述和方法论
QEERI在其太阳能联盟项目下，于2020年在户外测试设施（OTF）推出了一个先进的2P HSAT跟踪光伏系统，旨在研究该系统在沙漠条件下的性能和可靠性。OTF位于卡塔尔的多哈，坐标为北纬25°19'37.36''，东经51°25'58.44''，海拔15米，根据K?ppen-Geiger-Photovoltaic（KGPV）气候分类属于沙漠气候（BK）[28]。跟踪器系统（图1a）包含七排SOLTEC-SF7跟踪器，扭矩管高度为2.37米，可变俯仰角度分别为12米、10.7米和8.7米，对应的GCR值分别约为0.33、0.37和0.46。它包含34个光伏串，每个串中有13个光伏模块，配置为小型（2.2–2.7千瓦）和大型（7.5–9.8千瓦）串，模块相对于扭矩管的位置可以是仅朝东、仅朝西或东西朝向。SOLTEC-SF7跟踪器使用天文单轴跟踪算法，并实施Team Track非对称回溯来最小化行与行之间的阴影遮挡。

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图1. OTF的实验设置；(a) HSAT系统中光伏串和辐射传感器的示意图。此分析仅包括标记的串。小型串（a-g）每个包含6个模块，模块排列方式为东西朝向：(a) PERC-M7-MF，(b) PERC-M7-BF，(c) SHJ-M1b，(e) PERC-M4-CT，(f) PERT-M8，(g) SHJ-M9-FL。大型串（i）、(j)和(k)每个包含20个PERC-M7-BF模块，位置i为仅朝东，j为仅朝西，k为东西朝向。(b) HSAT系统的照片，(c) 固定倾斜系统的照片。图中标记了HSAT中类似的小型串和固定倾斜系统中的东西朝向模块排列。模块的特性在表2中呈现。

每个光伏串都连接到一个逆变器，该逆变器在最大功率点跟踪（MPPT）模式下运行，每分钟记录一次每个串在逆变器直流输入端的电流、电压和功率。通过安装在模块背面的温度传感器（每个串3个传感器）监测模块表面温度。阵列平面辐射（GPOA）、全球水平辐射（GHI）、漫射水平辐射（DHI）和背面辐射通过日射强度计（Kipp&Zonen SMP 21-V）和参考电池进行监测。辐射传感器每天清洁一次，而光伏串每周清洁一次。作为对比，在传统近纬度固定倾斜（22°，朝南）系统中安装了等效的串，行与行之间的间距为6米。OTF的实验设置在图1中展示。系统在当地的自然沙漠砾石表面上运行，该表面的日平均反照率约为0.45（图2）。系统详细信息在表1中呈现。

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图2. 地面反照率：(a) 日平均值和30天平均值，(b) 研究期间的分布。

表1. 光伏系统详细信息。

参数 | 跟踪器型号 | 跟踪器GCR（近似值） | 跟踪范围/方位角 | ±60°东西朝向/南北轴 | 跟踪器长度/扭矩管高度 | 固定倾斜系统倾角/方位角 | 固定倾斜GCR/地面间隙 |
|--------------|-----------------|------------|-------------|-----------------|-----------------|------------------|
| SMA STP20000TL-30 | | 0.33 | 30米 | 25°19'37.36'' | 2.37米 | 22° | 1.1米 |
| SMA SB6.0-1AV-41 | | 0.37 | 30米 | 51°25'58.44'' | 2.37米 | 180° | 1.1米 |
| Kipp&Zonen SMP21-V/CMP21 | | 0.46 | 30米 | 25°19'37.36'' | 2.37米 | 22° | 1.1米 |
| Papendorf Mono-A PV | | | | | | |

表2. 光伏系统及其在STC下的额定（制造商数据表）特性。

3. 结果与讨论
3.1 单轴跟踪器相对于固定倾斜系统的性能增益
为了评估在辐射和能量产出方面的性能增益，将跟踪器系统与具有相同GCR（即0.33）的固定倾斜系统以及PERC-M7-BF光伏模块串进行了比较。HSAT系统和固定倾斜系统的辐射、特定能量产出和代表性每日直流功率曲线结果总结在图3中。考虑到2023年10月至2024年9月的全年周期，跟踪器系统在阵列平面辐射（HPOA）方面表现出年均日增益为15.5%，在特定能量产出方面为13.5%，优于固定倾斜系统。峰值日均特定能量产出增益约为36%，出现在2024年7月初。然而，跟踪器的增益高度依赖于季节和 prevailing weather conditions，如图3a所示，仅在2月至9月期间具有优势。在10月至1月期间，固定倾斜系统在日均能量产出方面比跟踪器高出7.2%，这与该期间跟踪器辐射增益较低的情况一致。

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图3. HSAT系统与固定倾斜系统相比的PERC-M7-BF模块性能比较。(a) 平均每日特定能量产出和辐射，(b) 夏季晴朗天气的直流功率输出，(c) 冬季晴朗天气的直流功率输出，(d) 冬季多云天气的直流功率输出。

图3b-d展示了冬季和夏季代表性辐射条件下的直流功率曲线的季节性行为。图3b、3c和3d分别展示了夏季晴朗天气、冬季晴朗天气和冬季多云天气的代表性日子。跟踪器在直流功率方面的季节性和天气依赖性显而易见。在夏季，跟踪器在捕捉清晨和傍晚的辐射方面比固定倾斜系统更有效，而在冬季，固定倾斜系统在捕捉高峰时段的辐射方面更有效。

总体而言，在相同的GCR和模块技术下，HSAT系统提供了显著的年度能量产出优势。然而，这些优势受到季节性太阳几何形状和 prevailing meteorological conditions的强烈影响。高峰值和总体能量产出增益表明跟踪器能够在夏季利用更长的晴朗白昼时间。在冬季月份，由于太阳高度低和白天较短，跟踪器无法全天保持最佳入射角度，而固定倾斜系统在中午时段实现了更有利的对齐。在多云的冬季条件下（图3d），由于跟踪器和固定倾斜配置捕获的漫射辐射相似，跟踪器的性能优势进一步减弱。这些发现表明，在高直接法向辐射（DNI）条件下，标准跟踪最为有益，而在漫射光主导的气候或季节中效果较差。然而，最近的建模和仿真研究表明，通过采用先进的漫射优化跟踪策略，可以显著提高跟踪器在多云条件下的性能。Parenti等人[30]证明，当直接辐射比例较低时，像简单的基于太阳位置的跟踪或回溯那样调整模块以最小化太阳光线的入射角度并不一定是最佳策略。通过考虑3D漫射天空辐射和地面反射成分，他们的方法增强了从前表面和后表面收集的总能量。他们在中度多云条件下的优化跟踪算法在柏林（德国）的2月份实现了约7%的改善，在热那亚（意大利）的1月份实现了超过6%的改善。

关于GCR的影响（图3a），在研究期间，0.33 GCR和0.37 GCR相对于最高GCR（即0.47）的日均特定能量产出差异分别为4.4%和3.1%。0.33 GCR相对于0.37 GCR的年均每日特定能量产出高出不到1.3%，而0.33 GCR相对于0.47 GCR的年均每日特定能量产出分别高出3.4%和4.7%。GCR值之间的产量差异对季节条件和所使用的技术相对不敏感。

3.2 地面覆盖率和季节性辐射变化对双面增益的影响
图4a显示了来自PERC-M7-MF（单面）和PERC-M7-BF（双面）模块的每日双面增益平均值，以及HPOA。研究期间的日均双面增益分别为10.1%、12.3%和12.7%，2023年10月至2024年9月的年增益分别为9.4%、11.7%和12.1%，对应的GCR分别为0.46、0.37和0.33。这一趋势反映了在较不密集的配置中背面辐射暴露的增加。此外，图4b显示，双面增益随着漫射比率（即DHI与GHI的比率）的增加而增加，但在所有GCR中，GCR 0.33和0.37之间的双面增益差异很小。相比之下，GCR 0.46的增益较低，表明超过0.37的布局会因相邻行的阴影增加而限制双面效益。

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图4. (a) PERC-M7-BF模块的HPOA和双面增益的每日平均值，(b) 双面增益与漫射比率之间的相关性，以及研究期间的漫射比率分布，(c - e) 清朗夏季天的HPOA、背面辐射和背面比率（c）、晴朗冬季天（d）和多云冬季天（e）。漫射比率是基于辐射的DHI与GHI的比率，背面比率是背面辐射与HPOA的比率。

季节性变化起着重要作用，在辐射较低的季节（11月至2月），双面增益较高，GCR对双面增益的影响显著；而在辐射较高的季节（3月至10月），双面增益较低。这是由于高漫射辐照度造成的，主要原因是阴天数量较多，从而增加了背面的辐照贡献（图4c、d、e）。在冬季和夏季，晴朗天气下的背面辐照度与总辐照度（GPOA）的比率（即背面辐照度分数）相似，这与预期相反——冬季较低的太阳角度本应增加背面辐照贡献。晴朗天气下的平均背面辐照度分数分别为11.6%和11.7%，而冬季阴天时则显著更高，达到22.3%。鉴于多哈地区的地表反照率（图2）全年基本保持不变（沙漠碎石，无植被），晴朗夏季和冬季背面辐照度分数的微小差异表明，冬季较低太阳角度的几何优势在很大程度上被较低的绝对总辐照度和漫射及地面反射辐照度对太阳高度的相对弱依赖性所抵消。相比之下，阴天冬季观察到的显著更高背面辐照度分数反映了漫射辐照在阴天条件下的主导作用。这些发现与í. de la Parra等人的研究结果一致[31]，他们在智利的阿塔卡马沙漠研究了双面PERC模块，并报告标准跟踪器的背面辐照度分数为5.2%至11.3%，双面设计跟踪器的背面辐照度分数为6.3%至6.7%，相应的年双面增益分别为4.8%和6.5%。他们的结果还显示，在多云期间，由于漫射辐照度分数较高，双面增益有所增强。此外，Al-Qahtani等人的最新研究[32]进一步表明，双面能量增益对漫射辐照度的季节性变化非常敏感。他们的研究表明，在阴天和太阳角度较低的月份，背面辐照度贡献增加，漫射主导的时期可以使背面辐照度贡献几乎翻倍。本研究通过评估在不同运行条件下的双面增益，包括多种全球太阳辐射（GCR）、不同的模块布局以及三种光伏技术，在MENA沙漠环境的独特季节性和漫射辐照特性下，加深了我们的理解。将GCR从0.33增加到0.37对能量产量的影响较小，仅减少了不到1.3%。相反，将GCR进一步增加到0.46导致能量产量减少了约4%。这一观察结果与双面增益趋势一致：GCR较低的布局（0.33和0.37）由于更大的背面辐照度暴露而受益（两者之间的差异很小），而较高的GCR（0.46）由于行间遮挡增加而显著限制了双面性能。

3.3. 太阳电池技术对性能的影响
为了确定太阳电池技术对能量产量的影响，对SHJ、PERT和PERC模块进行了比较评估，同时考虑了研究期间环境条件的变化。图5a显示了监测期间的月平均每日特定能量产量，图5b显示了2024年7月一个典型夏季日的标准化直流功率。观察到明显的性能差异，这些差异取决于技术类型。总体而言，SHJ模块在MENA地区高辐照度、高温的季节中实现了最高的能量产量[33]。然而，在冬季，当辐照度较低且温度较低时，性能差距缩小了。PERT模块和一种PERC模块（PERC-M7-BF）也显示出相对于标准PERC模块更高的产量。

3.4. 串配置和尺寸的影响
图6a显示了图1所示GCR为0.33的东、西和东西配置下大型串在跟踪器中的平均每日特定能量产量。尽管存在来自附近跟踪器的模块遮挡、扭矩管和跟踪器结构的遮挡、空间背面辐照度分布、污染、温度效应、模块不匹配等因素的预期差异，不同串配置的能量产量全年都非常接近。每月平均每日能量产量差异分别为东和西配置1.28%、东和东西配置1.04%、东西配置和西配置0.24%。

3.5. 太阳电池技术对性能的影响
为了确定太阳电池技术对性能的影响，对SHJ、PERT和PERC模块进行了比较评估，同时考虑了研究期间环境条件的变化。图5a显示了监测期间的月平均每日特定能量产量，图5b显示了2024年7月一个典型夏季日的标准化直流功率。SHJ的优异性能归因于其有利的温度系数和高双面性因子（>85%，而PERC模块为70-75%，见表2）。因此，低温系数和强双面性的结合减少了SHJ模块在MENA地区典型的高温运行条件下的性能损失。PERT模块也是n型的，具有最高的双面性因子（>90%），并显示出类似的强劲性能。PERC-M7-BF模块的模块转换效率与SHJ模块相当，但其双面性因子相对较高，也表现出强劲且季节稳定的性能。n型PERT模块和高效PERC模块的强劲性能表明，高双面性因子可以在一定程度上补偿温度系数不利的模块的性能损失。值得注意的是，在冬季，当辐照度和运行温度较低时，各技术之间的性能差距缩小，高效PERC模块的表现优于SHJ和PERT模块。虽然SHJ模块在这次HSAT评估中如预期那样提供了最高的能量产量，这与参考文献[7]中报道的一些固定倾斜系统上的SHJ模块一致，但需要注意的是，在之前的研究（包括参考文献[27]和[28]）中，SHJ模块显示出最高的退化率，包括在野外暴露的前3年内出现显著的封装层剥离。因此，尽管研究结果突出了SHJ技术在高辐照度、高温条件下的优越性能，但其长期可靠性仍是一个需要解决的问题。

4. 结论
本研究对MENA地区沙漠气候下2P HSAT系统上部署的先进光伏模块进行了全面的现场评估。系统量化了模块技术、系统配置和环境条件对能量生成的综合影响。结果显示，HSAT系统相对于固定倾斜系统具有显著的年能量产量优势，年日均增益约为13.5%，证实了其在高辐照度沙漠环境中的适用性。然而，这种优势具有强烈的季节性和天气依赖性，在高辐照度的夏季月份最为明显，在冬季月份和漫射或阴天条件下减弱。在跟踪器中，双面模块实现了高达12.1%的年日均双面增益，在较低GCR和漫射辐照度较高的季节中增益更为显著。将GCR增加到0.37以上会导致双面增益和能量产量大幅下降，因为行间遮挡增加，限制了背面辐照度，这突显了土地使用优化与能量生成效率之间的权衡。在评估的技术中，硅异质结模块在高辐照度和高温条件下产生了最高的整体能量产量，这符合预期，因为它们具有优越的温度系数和高双面性因子。n型PERT和高效双面PERC模块也表现出强劲的性能，表明高双面性可以在一定程度上补偿温度系数不利的模块的性能损失。在较冷的低辐照度冬季月份，技术之间的性能差异缩小，表明技术特定的优势在低辐照度、低温条件下受到限制。串布局（仅东向、仅西向或东西向配置）对能量产量的影响较小，表明HSAT系统在沙漠安装中具有较高的布局灵活性。较小的串尺寸通常显示出较高的产量（月平均每日增益高出3%），这一优势在所有月份都存在，但在较冷的低辐照度月份（11月至2月）更为明显。在较温暖的高辐照度夏季月份（10月至3月），这种优势减弱，因为预计不匹配和遮挡效应不那么显著。除了预期的减少布线损失和逆变器运行效率的好处外，较小串的优越性能还可能归因于较低的模块级不匹配和遮挡损失。此外，较小的串由于跨度较小，可能受到结构遮挡（例如扭矩管或桩）的影响较小。这些发现表明，串尺寸可以影响整体系统性能，特别是在漫射和光照不足的条件下，优化串尺寸可能是提高基于跟踪器的双面光伏系统能量产量和可靠性的有效策略。

结论
本研究对MENA地区沙漠气候下部署的先进光伏模块进行了全面的现场评估。系统量化了模块技术、系统配置和环境条件对能量生成的联合影响。结果表明，HSAT系统相对于固定倾斜系统具有显著的年能量产量优势，年日均增益约为13.5%，证实了其在高辐照度沙漠环境中的适用性。然而，这种优势具有强烈的季节性和天气依赖性，在高辐照度的夏季月份最为明显，在冬季月份和漫射或阴天条件下减弱。在跟踪器中，双面模块实现了高达12.1%的年日均双面增益，在较低GCR和漫射辐照度较高的季节中增益更为显著。将GCR增加到0.37以上会导致双面增益和能量产量大幅下降，因为行间遮挡增加，这限制了背面辐照度，突显了土地使用优化与能量生成效率之间的权衡。在评估的技术中，硅异质结模块在高辐照度和高温条件下产生了最高的整体能量产量，这符合预期，因为它们具有优越的温度系数和高双面性因子。n型PERT和高效率双面PERC模块也表现出强劲的性能，表明高双面性可以在一定程度上补偿温度系数不利的模块的性能损失。在较冷的低辐照度冬季月份，技术之间的性能差异缩小，表明在低辐照度、低温条件下技术特定的优势受到限制。串布局（仅东向、仅西向或东西向配置）对能量产量的影响较小，表明HSAT系统在沙漠安装中具有较高的布局灵活性。较小的串尺寸显示出适度的性能优势，这可能是由于减少了不匹配和布线损失。总体而言，这些发现为光伏技术选择、系统配置和土地使用优化在高温度、高辐照度沙漠环境中的应用提供了实际指导。这些见解对于寻求在该地区及类似气候下最大化能量产量和提高盈利能力的公用事业规模光伏项目开发者、投资者和系统设计师具有价值。