神華國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，同時，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，對其適用地點也提出了要求。只有在適合的地點采用適合的方案才能得到最優(yōu)的回報。為得出華北地區(qū)適合使用的組件類型，利用國華能源投資公司的項目基金，在尚義地區(qū)安裝了3組發(fā)電系統(tǒng)，對比多晶硅、單晶硅、非晶硅薄膜3種光伏組件的實際使用情況，得到適合在華北地區(qū)使用的組件類型。

二 系統(tǒng)組成

整個光伏發(fā)電對比系統(tǒng)由3個發(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的逆變器，交流配電等也采用相同的設(shè)計方案，由此保證對比實驗數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。

表1 對比系統(tǒng)單元參數(shù)

三 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

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

1 全年發(fā)電指標(biāo)對比分析

表2為3種發(fā)電單元全年的日均滿發(fā)小時數(shù)對比結(jié)果(因安裝單元容量無法嚴(yán)格保持一致，實際發(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)小時數(shù)進行歸一化后可進行發(fā)電量對比)。

日均滿發(fā)小時數(shù)=累計發(fā)電量(kWh)/[累計運行時間(d)·安裝容量(kW)]

表2 全年各單元日均滿發(fā)小時數(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)電量對比分析

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

圖1 日均滿發(fā)小時數(shù)對比圖

圖2 薄膜組件相對晶硅單元滿發(fā)小時數(shù)增量

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

從11月到次年4月，薄膜電池組件相對于晶體硅電池組件的日均滿發(fā)小時數(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)小時數(shù)相同，相對于多晶硅單元僅提高1%，薄膜電池組件的優(yōu)勢未體現(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，所以在實際應(yīng)用中每天的發(fā)電時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)小時數(shù)僅比晶體硅組件高約3%。

四 結(jié)論

本文在國華尚義風(fēng)光互補示范電站對單晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜電池組件的發(fā)電情況進行比對研究，通過記錄和對比一年的發(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)勢并不明顯。本文的工作為我國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級光伏電站的應(yīng)用[J]. 重慶與世界, 2010, 11: 135－138.

[2]孫云. 中國薄膜電池技術(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. 薄膜電池競爭優(yōu)勢仍在[J]. 新財富, 2009, 9: 22－24.