薄膜光伏組件發(fā)電特性實(shí)證性研究

神華國(guó)華能源投資有限公司 ■ 高輝

北京科諾偉業(yè)科技有限公司 ■ 王麗萍 江燕興

一 引言

與晶體硅太陽電池相比，非晶硅薄膜太陽電池具有生產(chǎn)成本低、制造溫度低(200℃以下)、原材料消耗少[1]等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于其材料與電池可以同步完成，因此便于大規(guī)模生產(chǎn)[2]。此外，由于非晶硅薄膜電池良好的延展性，應(yīng)用范圍更加廣泛，適合于大型荒漠電站以及與建筑結(jié)合的光伏發(fā)電系統(tǒng)[3]。當(dāng)然，與晶體硅組件相比，非晶硅薄膜電池組件的穩(wěn)定轉(zhuǎn)換效率低，為7%～9%[4]，因此，相同容量的晶體硅發(fā)電系統(tǒng)和非晶硅薄膜發(fā)電系統(tǒng)相比，薄膜發(fā)電系統(tǒng)所需要的太陽輻照面積更大，因此需要占用的土地面積也更大[5]。

晶體硅電池組件與非晶硅薄膜電池組件的太陽光吸收頻譜不同，研究表明，非晶硅薄膜電池的弱光響應(yīng)特性優(yōu)于晶體硅電池組件[6]；此外，非晶硅薄膜電池組件的溫度系數(shù)更小，因此，相同容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)，使用非晶硅薄膜電池可提高5%～10%的發(fā)電量[7]。

正是由于薄膜電池組件具有溫度影響小、弱光性好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)其適用地點(diǎn)也提出了要求。只有在適合的地點(diǎn)采用適合的方案才能得到最優(yōu)的回報(bào)。為得出華北地區(qū)適合使用的組件類型，利用國(guó)華能源投資公司的項(xiàng)目基金，在尚義地區(qū)安裝了3組發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)比多晶硅、單晶硅、非晶硅薄膜3種光伏組件的實(shí)際使用情況，得到適合在華北地區(qū)使用的組件類型。

二 系統(tǒng)組成

整個(gè)光伏發(fā)電對(duì)比系統(tǒng)由3個(gè)發(fā)電單元組成，各發(fā)電單元的組件類型、容量以及組件標(biāo)稱轉(zhuǎn)換效率如表1所示。所有單元的光伏陣列均為固定式安裝，安裝傾角按照尚義地理位置(北緯40?44'，東經(jīng)113?49')，選為41?。各單元采用相同型號(hào)的逆變器，交流配電等也采用相同的設(shè)計(jì)方案，由此保證對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。

表1 對(duì)比系統(tǒng)單元參數(shù)

三 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

對(duì)比單元于2010年3月份建成，經(jīng)4個(gè)月的調(diào)試與試運(yùn)行，自2010年7月起正式投入運(yùn)行并開始記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)。截至2011年6月，對(duì)比單元正常運(yùn)行滿1年，完整經(jīng)歷了“1輪”項(xiàng)目安裝地點(diǎn)自然環(huán)境的變化。因此，利用項(xiàng)目所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析所得到的結(jié)果可為今后該地區(qū)相關(guān)項(xiàng)目的建設(shè)提供較為準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)。

1 全年發(fā)電指標(biāo)對(duì)比分析

表2為3種發(fā)電單元全年的日均滿發(fā)小時(shí)數(shù)對(duì)比結(jié)果(因安裝單元容量無法嚴(yán)格保持一致，實(shí)際發(fā)電量無法直接揭示各單元的發(fā)電情況，因此通過日均滿發(fā)小時(shí)數(shù)進(jìn)行歸一化后可進(jìn)行發(fā)電量對(duì)比)。

日均滿發(fā)小時(shí)數(shù)=累計(jì)發(fā)電量(kWh)/[累計(jì)運(yùn)行時(shí)間(d)·安裝容量(kW)]

表2 全年各單元日均滿發(fā)小時(shí)數(shù)

通過表2可看出，非晶硅薄膜組件的全年日均滿發(fā)小時(shí)數(shù)為3.53h，高于多晶硅組件(3.31h)約6.6%，高于單晶硅組件(3.35h)約5.4%。

2 月度發(fā)電量對(duì)比分析

由表2的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可得到圖1中各單元日均滿發(fā)小時(shí)數(shù)對(duì)比圖，并由此得到非晶硅薄膜組件相對(duì)于多晶硅單元和單晶硅單元日均滿發(fā)小時(shí)數(shù)的百分比，如圖2所示。

圖1 日均滿發(fā)小時(shí)數(shù)對(duì)比圖

圖2 薄膜組件相對(duì)晶硅單元滿發(fā)小時(shí)數(shù)增量

由圖2可得，5～10月份，非晶硅薄膜電池組件相對(duì)于晶體硅電池組件的日均滿發(fā)小時(shí)數(shù)要提高5%以上，尤其是在7月份，薄膜電池組件相對(duì)于多晶硅單元提高了9.7%，相對(duì)于單晶硅單元提高了8.4%，薄膜電池組件的優(yōu)勢(shì)最為突出。

從11月到次年4月，薄膜電池組件相對(duì)于晶體硅電池組件的日均滿發(fā)小時(shí)數(shù)提高約6%，而在發(fā)電量最低的12月份，薄膜組件與單晶硅單元日均滿發(fā)小時(shí)數(shù)相同，相對(duì)于多晶硅單元僅提高1%，薄膜電池組件的優(yōu)勢(shì)未體現(xiàn)。

3 結(jié)果分析

非晶硅薄膜組件雖然占地面積大，7.8%的轉(zhuǎn)換效率低于多晶硅的14.1%和單晶硅的14.5%，但非晶硅薄膜組件的弱光性好、受溫度變化影響小，所以在實(shí)際應(yīng)用中每天的發(fā)電時(shí)間要高于多晶硅和晶體硅組件。特別是在環(huán)境溫度較高的5～10月份，薄膜組件比晶體硅組件的發(fā)電量要提高7%以上。但是在寒冷的11月至次年3月期間，由于尚義地區(qū)平均氣溫較低(最低溫度為?28℃)，組件的工作溫度不超過30℃，在此期間薄膜組件平均滿發(fā)小時(shí)數(shù)僅比晶體硅組件高約3%。

四 結(jié)論

本文在國(guó)華尚義風(fēng)光互補(bǔ)示范電站對(duì)單晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜電池組件的發(fā)電情況進(jìn)行比對(duì)研究，通過記錄和對(duì)比一年的發(fā)電數(shù)據(jù)，得到以下結(jié)論：

(1)在土地資源充裕的條件下使用薄膜電池組件可獲得更多的發(fā)電量；

(2)薄膜組件更適合安裝在平均溫度較高的地區(qū)。

因此，在類似尚義這樣的寒冷地區(qū)使用薄膜組件的優(yōu)勢(shì)并不明顯。本文的工作為我國(guó)將來的光伏電站建設(shè)與光伏組件的選擇提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

[1]張燕娜. 非晶硅薄膜電池在MWP級(jí)光伏電站的應(yīng)用[J]. 重慶與世界, 2010, 11: 135－138.

[2]孫云. 中國(guó)薄膜電池技術(shù)與發(fā)展概況(上)[J]. 太陽能, 2011, 3:17－19.

[3]孫云. 中國(guó)薄膜電池技術(shù)與發(fā)展概況(下)[J]. 太陽能, 2011, 4:52－55.

[4]耿新華. 硅基薄膜太陽電池技術(shù)的發(fā)展[J]. 太陽能, 2011, 16:32－35, 51.

[5]趙雨, 孫煌.非晶硅薄膜電池的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展中的主要問題[J]. 能源技術(shù), 2009, 30(6): 335－337.

[6]張旭鵬, 楊勝文, 張金玲. 非晶硅薄膜電池應(yīng)用及前景分析[J].光源與照明，2010, 1: 39－41.

[7]文芳. 薄膜電池競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)仍在[J]. 新財(cái)富, 2009, 9: 22－24.