太阳能光伏电站反射膜的应用和分析

太阳能光伏电站反射膜的应用和分析

李舒冰、马如山

中国机械设备工程股份有限公司北京市丰台区 100073

摘要：近年来，随着国家对新能源的大力支持，国内光伏产业飞速发展。不仅度电成本大幅降低，光伏技术和产品在增效方面也取得了长足的进步。光伏产业深耕于在各个环节挖掘提高光伏电站系统效率的潜能，而国内外大规模的光伏电站项目建设也促进了产业和技术的更新迭代。本文主要针对近年开始在光伏电站中应用的光伏反射膜对电站的性能提升和经济性两方面进行探讨，分析光伏反射膜在光伏电站项目中广泛应用的可行性。

关键词：光伏反射膜；光伏电站性能提升；经济性和风险分析

引言：近年来，随着国家对新能源的大力支持，国内光伏产业飞速发展，光伏技术和产品在增效方面也取得了长足的进步。光伏电站的增效潜力点主要在光电转化环节，也就是尽可能地提高光伏组件电池的转化效率，这主要包括两方面：一、提高光伏组件电池自身的转化效率；二、提高光伏组件的进光量。本文探讨的，是通过在光伏电站地面铺设光伏反射膜，提升地面对太阳光的反射，通过提高组件背面的辐照来提高光电转化效率。因此，光伏反射膜的应用前提是采用双面组件。由于近年来光伏组件提效，双面电池片技术不断成熟，双面组件已经得到了广泛的安装和应用，这为采用光伏反射膜创造了前提条件。

一、反射膜在光伏电站中的应用

一般情况下，地面反照率视地表情况差异，其范围在10-35%左右。光伏反射膜主要是铺设在光伏组件区域的地面上，阳光照射到这层反射膜，然后通过反射膜反射进入组件背板，通过增加地表反照率，从而增加进光量。地面反照率越高，阳光的反射情况越好，光伏组件的背面接收到的反射光线及辐射量也就越多，双面组件背面的发电量增益也就越明显。自光伏反射膜产品问世及应用以来，行业内主要研究讨论的材质主要有LLDPE材质、PVC材质、金属镀层。

LLDPE材质，学名线性低密度聚乙烯，有强度大、韧性好、易加工、耐热耐寒、耐环境应力等优点，且由于其优异的耐酸耐碱、耐有机溶剂等性能，广泛应用于工农业和医药卫生等领域。同时成本相对其他材料较高，透明度较高，对反射材料的效果需叠加其他材料；相较于其他材料LLDPE可燃，对特殊环境需要使用其他材料代替。

PVC材质，学名聚氯乙烯，广泛应用于瓶体、塑料卡片、电缆等领域。成本相对较低，但PVC材料中的氯原子能够吸收阳光中的紫外线的能量形成氯和氢自由基，自由基的产生可以形成链式反应形成更多的自由基使聚氯乙烯发生光氧化分解，导致高分子长链断裂，因而使聚氯乙烯的机械强度下降，表现为柔性降低及发脆。因此为保证阳光直射下的PVC材质反射膜的性能，通常会掺入紫外线吸收剂、光稳定剂及抗氧化剂等。

金属镀层结构的反射膜，其反照率可根据镀层金属的不同，达到90%或者95%以上。尽管金属镀层结构的反射膜反照率最高，但其成本极高，并没有得到广泛的应用。

因此，目前已经在光伏电站项目上应用的主要是PVC材质和LLDPE材质的光伏反射膜。

二、反射膜对光伏电站性能提升的测试和分析

反照率（英文：Albedo）通常是指物体反射太阳辐射与该物体表面接收太阳总辐射的两者比率或分数度量，也就是指反射辐射与入射总辐射的比值[1]。反映了物体漫反射或是表面反射的能力。全黑的表面反照率为0，至表面完美的白色反照率为1。

为了初步验证反射膜材料的反照率，可采用全球水平辐照仪器（GHI）对同一地点不同地表，如沙地、人造草地以及反射膜的反照率进行测试，根据一段时间内的当日测量结果汇总平均值。测试后可以得出，人造草地的平均反照率约为25.31%，沙地的平均反照率约为33.91%,在相同地点铺设的反射膜的反照率约为48.19-50.78%，平均值为48.47%，较未铺设反射材料的沙地土壤提升了约15%的反照率。

为了测试反射膜材料的发电量提升，可以通过电站计量设备及气象站设备，测试和分析同一子阵内铺设反射膜相比未铺设反射膜的光伏组串的发电量输出。具体测试步骤如下：选取气象站所在区块作为测试方阵；选取特定的逆变器A组，作为铺设薄膜的实验组；选择附近另一台逆变器且与实验组有相同光伏组件数的B组，作为对照组；在实验组的光伏组件下铺设并固定反射膜，将实验组和对照组的光伏组件清洗干净；同步记录A组和B组一段期间的发电量增益。

根据测试结果，相较未铺设材料的B组对照组，安装反射薄膜对发电量提升有明显效果，安装后三天内分别有5.82%、9.86%、10.07%的发电量提升，平均提升为8.58%。

由于光伏反射膜铺设在室外环境中，反射膜铺设后会逐步老化，反照率也会逐步衰减。目前反射膜生产商承诺的反射膜使用寿命通常为10-15年，由于反射膜的老化情况目前缺少实际的数据支持，生产商只能在实验室根据紫外辐照量的计算方法，依次取出第1年辐照量到第5年辐照量的老化样品，测算出反射膜在5年辐照量期间的衰减百分比。由于各个生产商的产品材质略有差异，综合下来反射膜运行前2年的衰减率约为每年2.5-3%，3年后衰减至初始反照率的90-91%，5年后衰减至初始反照率的85-87%。

三、光伏反射膜的经济性和实用性分析

反射膜的主要优势是安装简单，安装时将反射膜在清理后的地面平整铺开，用钉枪将钉子和垫片钉入固定的位置即可，后期运行维护只需要根据现场情况适当清理反射膜表面堆积的沙尘和杂质，因此运维的成本也很低。另外，反射膜环境适应性广，对地域环境、地形地貌等无硬性要求，因为反射膜产品本身是柔性的，所以适合各种地形使用，特别是对复杂有起伏的地形更有优势。但需注意如果反射膜铺设在风沙较大的环境，尘土等杂物堆积在反射膜上会对反照率造成较大影响。

目前光伏反射膜已在国内部分项目上有小规模的应用。规模较大的应用主要在中东地区，已初步证明光伏反射膜的应用确实可以给电站带来发电量的提升。以国外新建直流装机为1GW的光伏电站项目为例，铺设光伏反射膜的总支出，含材料费、运输费、安装及五年运维总费用预估约1100万美元。铺设反射膜的电价收益，按电价在1.5-1.8美分/kWh、乘以铺设反射膜带来的每年额外发电量计算、考虑反射膜本身的逐年反照率衰减，反射膜收回成本的周期大约在3-4年。这个时间段内影响反射膜经济性的主要因素是反射膜的使用寿命和性能衰减。如果生产商不能保证反射膜5年以上的使用寿命以及使用寿命内的反射性能，则反射膜的发电收益有可能无法覆盖总投资。特别是使用寿命，一旦反射膜安装后由于材质不能适应现场环境出现变脆、粉化、开裂，则会对后续反射膜的发电收益造成根本性的影响。

由于目前光伏反射膜尚未得到广泛的应用，已经应用的项目投运时间也不长，反射膜的实际性能衰减，特别是实际的使用寿命情况尚缺乏相关调研数据。目前各个生产商能够提供的关于这部分的支持文件主要为国内实验室出具的材料检验测试报告，其中主要包括高温高湿测试、紫外测试以及高温高湿紫外综合测试。通常生产商根据上述实验室测试数据，结合项目所在地紫外辐照量，可大致折算出理论上的使用寿命以及在使用寿命内的反照率衰减情况。

但在实际应用过程中，各个项目所在地的环境、地质、气候条件和实验室内相去甚远，特别是在一些高温高湿高腐蚀、环境极其恶劣的项目现场，一旦反射膜的材料选型没有充分考虑到这些特定的项目环境条件，很可能在铺设后一段时间内就出现变黄、甚至粉化和开裂，严重影响发电收益，这是投资方必须重视的一大风险，也是光伏反射膜应用目前的主要痛点。反射膜生产商需要尽可能地收集目前市场上已经在运行中的反射膜的实际情况，在材质上有针对性地进行改良，一方面提高使用寿命，另一方面优化成本，使反射膜的收益更加有保障，从而提升市场上对于光伏反射膜应用的信心。

引用：

[1]卫星气象学基础. 南京信息工程大学.[2014-12-21]