【重點摘要】

該研究文章由Solar Consulting Services的Christian A. Gueymard發(fā)表。

• 光譜指數(shù)常用于評估對各種光伏電池的光譜影響。

• 對6個光伏核心波段進行了3種指標(biāo)（APE、BF和UF）的研究。

• 使用SMARTS模型產(chǎn)生并分析了數(shù)千個直接和全球光譜。

• 這些光譜代表了多種大氣條件，適用于全球不同地區(qū)。

• APE的表現(xiàn)最為*，但沒有一個指標(biāo)是真正單射的，這是由于藍/紅補償效應(yīng)所致。

【研究背景】

光伏(PV)電池對入射光譜敏感,會影響功率輸出。需在標(biāo)準(zhǔn)測試條件(STC)下測量輸出。STC定義參考光譜分布,通常為大氣質(zhì)量(AM)1.5。目前常用參考光譜有AM1.5G和AM1.5D。光譜輻照度和大氣條件顯著影響寬帶輻照度和光譜分布。最近研究通過模擬評估不同光伏電池技術(shù)的光譜效應(yīng)。為簡化處理,引入三個光譜指數(shù)(APE、BF和UF)用于光伏電池研究。但這些指數(shù)是否能準(zhǔn)確表征特定光譜存在分歧,需要進一步研究。文章目標(biāo)是確定是否存在可靠的光譜指數(shù)用于表征任意特定光譜。

*名詞解釋

平均光子能量（Average Photon Energy，APE）：是指入射光譜光子能量分布的光譜指數(shù),等于入射光子能量flux與入射光子數(shù)flux之比,代表入射光子的平均能量大小。APE越大表示入射光譜藍移,越小表示入射光譜越紅移。

有效分?jǐn)?shù)(Useful Fraction, UF)：描述入射光譜對光伏電池有效性的光譜指數(shù)。

藍光分?jǐn)?shù)(Blue Fraction, BF)：BF是一種用來描述入射光譜中藍光成分的光譜指數(shù)。本研究是以650 nm為分界限，故公式如下：

【研究成果】

近期研究聚焦于光伏電池在不同大氣條件和大氣質(zhì)量下的光譜指數(shù)（APE、BF和UF）變化。在相同大氣條件下，大氣質(zhì)量（AM）從1變化到26。以AM≤7為例，DNI在WB＃6情況下顯示，隨著AM增加，APE和BF減小，但UF表現(xiàn)出異常穩(wěn)定性。類似情況也在GHI情況下觀察到，表明UF不可靠，這問題尚未文獻報道。另一方面，改變大氣條件（AM1.5）包括大氣質(zhì)量、氣溶膠光學(xué)厚度、?ngstr?m指數(shù)和可降水水汽，對光譜指數(shù)影響多樣。不同大氣條件對光譜指數(shù)有復(fù)雜影響，氣質(zhì)量增加導(dǎo)致紅移，氣溶膠增加進一步紅移，水汽引起藍移。

總體上，APE的差別性能更強，對實際測量有幫助，而UF傾向于過度表現(xiàn)中性效應(yīng)，差異較小。研究發(fā)現(xiàn)APE的變化比BF更明顯，這表明APE在區(qū)分不同情況方面更具優(yōu)勢，對實際測量非常有幫助，因為實驗不確定性經(jīng)常掩蓋了不同情況間的微小差異。此外，不同的大氣條件和大氣質(zhì)量可能會相互抵消光譜指數(shù)的差異。作者比較大氣條件不同但APE相同的模擬光譜,結(jié)果顯示NIR區(qū)域水蒸氣吸收變化與UV/可見光譜變化不一致,說明光譜指數(shù)唯性假設(shè)存在局限性。因此，在分析和比較不同光伏技術(shù)時，大氣條件、大氣質(zhì)量和光譜指數(shù)間的相互關(guān)系需要仔細考慮。

【研究方法】

• 使用SMARTS模型生成了數(shù)千個涵蓋多樣大氣條件的直接和全球太陽光譜。

• 從模擬光譜中計算了在6個與光伏有關(guān)的波段中的APE、BF和UF光譜指數(shù)。

• 分析了空氣質(zhì)量、氣溶膠、水汽等輸入對指數(shù)的影響。

• 評估了指數(shù)相對于參考光譜的表現(xiàn)。

• 評估了指數(shù)和光譜分布之間的單射性。

【結(jié)論】

在討論中觀察到，**光譜指數(shù)（APE、BF、UF）在代表光伏電池的太陽輻照度方面起著關(guān)鍵作用。UF呈現(xiàn)出不一致的行為，顯示其局限性。APE和BF可靠，其中APE對大氣變化的響應(yīng)更高，因此更為理想。**值得注意的是，該研究突顯了一個重要發(fā)現(xiàn)：**由于大氣過程中紅移和藍移之間的補償，導(dǎo)致不同光譜分布具有相同的指數(shù)值，因此這些指數(shù)都不是單射的。**這一見解強調(diào)了準(zhǔn)確表征太陽光譜分布的復(fù)雜性。