常被忽视的地面反射率对光伏设计的影响

光伏组件倾斜面，接收到的辐射量，主要是太阳的直射辐射量，天空的散射辐射量，还有地面反射的辐射量。这三个辐射量中，直射和散射辐射量之和是水平面总辐射量。当我们评价一个地方的光资源时，从气象站获取的资料一般只有水平面总辐射量，直射辐射量和散射辐射量，后两者之和是水平面总辐射量。

当计算光伏组件倾斜面接收到的辐射量时，考虑地面反射是必要的。由于反射辐射量跟地面性质也就是环境物体的特性有关，因此用反射率来反应地面的反射情况。反射率值越高，阳光的反射情况越好，周围的环境也会越亮，光伏组件的倾斜面接收到的反射辐射量也就越多。

上表中，水面的反射率值是应用于平静的水面，但难以在实际的环境中评估水面的反射率，因为水面总是在波动，形成的波浪会反射太阳光，而且波浪会增强对阳光的反射。

不同物体，在不同的光谱波段对阳光的反射率不同。如下图，雪地、湿地、小麦、沙漠，不同的地物在同一波段其反射率不同，同一地物在不同波段反射率也不同。光伏组件在标准工况条件下测试，其中光谱的要求是AM1.5。由于光伏组件对不同光波段的能量吸收不同，因此与AM1.5不匹配的光谱，在微观上会影响电池片对光能量的吸收和发电输出。

图1 雪地、湿地、小麦、沙漠不同波段的反射率

图2 不同土壤在不同波段的反射率

通常情况下，在PVsyst中，默认为环境反射率为0.20。PVsyst软件中，也提供了一些环境条件下的反射率。

图3 PVsyst软件中环境反射率的设置界面

本文选择江苏省南京市作为光伏系统受环境反射率影响的研究地点，当光伏组件倾角以25度安装时，设置不同的反射率的时候（全年反射率设置为一个数值），经过PVsyst软件模拟，数据如下。从数据中，可以得出光伏组件倾斜面的辐射量会随着反射率的增加而增加。

当环境反射率不同时，反射率对光伏组件最佳倾角（倾斜面接收到最大辐射量的角度）影响也不一样。经过PVsyst软件模拟，当反射率默认为0.20的时候，南京最佳倾角为23度，接收到的辐射量为1290.1kwh/m^2。当反射率设置不同时，随着反射率的增大，光伏组件的最佳倾角也随之增大，当反射率为0.80时，最佳倾角为38°，辐射量为1339.3kwh/m^2，相对于23°时，辐射量增加了3.8%。

以上分析，均是将全年的反射率统一设定为一个值。实际上，全年的反射率，因为降雪、草地随季节变化，环境的人为因素改变（如农光互补光伏电站中的耕种）等，环境反射率随季节和时间变化。在PVsyst中，我们将模型简单设置为冬季降雪反射率为0.60，7、8月份新鲜草地的反射率为0.25，10月份干燥草地为030，通过PVsyst进行模拟，得到如下数据：

说明：辐射量1为反射率默认为0.20时，最佳倾角23度的组件倾斜面接收到的辐射量。辐射量2为反射率修改后，通过模拟对比最佳倾角为24度时组件倾斜面接收到的辐射量。

本文针对环境反射率的不同，对固定倾角下光伏组件倾斜面辐射量的影响、光伏组件最佳倾角的影响做了分析，随着反射率增大，光伏组件最佳倾角将会增大；各月不同的反射率也会影响光伏倾角和和倾斜面辐射量。因此，如果光伏电站的环境的反射率随季节变化很大，在光伏系统设计时，应充分考虑到对光伏组件最佳倾角的影响，并在PVsyst模拟中修改原有的默认设置。随着双面光伏组件的应用，组件的背面发电主要依赖与环境反射率，因此将对环境反射率提出更高的要求。