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    晶硅電池與薄膜電池差異分析

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    晶硅電池與薄膜電池差異分析

    發布日期:2021-03-29 作者:admin 點擊:

    前言

      傳統能源日益緊張,各國都投入更大的人力和物力研究開發新的再生能源。希望改變能源結構,其中太陽能成為新能源中的焦點。如何能夠更加合理使用能源,提高能源的利用效率變得比以往更加具有現實和長遠的意義。太陽能因其具有資源豐富,分布廣泛,綠色環保等優點,成為新能源中的焦點。如今太陽能一般用作發電,在各國政府推出各種利好政策的激勵下,大型地面電站在近幾年被大力推廣。如何有效的降低光伏電站的系統建設成本,提高系統發電效率,成為光伏企業考慮的主要方向。本文主要對傳統的多晶硅組件和雙結硅基薄膜組件在光伏電站系統中的差異表現進行分析,并對安裝在同一地區光伏電站中的晶硅組件和雙結硅基薄膜組件的發電數據做了對比。根據分析結果和實例可以看出,晶硅組件和雙結硅基薄膜組件產品各具優缺點,需根據實際情況進行選用

      光伏發電系統的工作原理

      太陽能光伏發電系統有很多類型,這里以太陽能光伏并網大型地面電站發電系統為例進行介紹。光伏地面電站發電系統簡化后如圖1所示,由太陽能電池陣列,并網逆變器,并網保護裝置,以及連接這些設備的布線及匯流箱,安裝在交流側的電表,升壓變壓器等構成。太陽能電池產生直流電,直流電通過并網逆變器轉換為交流電后并入電網,可以與電力公司提供的交流電一起使用。

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      圖1 并網型光伏地面電站系統簡化圖

      太陽能組件是由數十個太陽能電池單元進行封裝構成,太陽能組件陣列是由若干個太陽能電池組件串聯及并聯連接構成。光伏系統的容量是由太陽能電池組件的最大輸出功率之和來表示的。系統的輸出功率取決于輻射照度和太陽能電池單元的溫度。逆變器的作用是將太陽能組件陣列產生的直流電轉換成與電力公司供給的相同電壓和頻率的交流電。

      晶硅組件和雙結硅基薄膜組件介紹

      1、晶硅組件(多晶硅)介紹

      多晶硅光伏組件是由玻璃、EVA、電池片、背板和電池板等組成(如圖2所示)。由于多晶硅組件價格合理且性能良好,所以在市場上占有比較大的份額。

      目前多晶硅組件的轉換效率約在15%,比單晶硅產品略低,但是比非晶硅組件轉換效率要高。多晶硅電池沒有光致衰退效應,略微的材料質量差異不會導致太陽能電池受影響。但是多晶硅電池片單片功率存在一定差異性,同樣面積的組件功率好存在一定差異(通常情況存在20Wp-30Wp的差異)。多晶硅電池片的另一優點是在單位面積上可獲得較高和穩定的發電性能。目前標稱的多晶硅組件的使用壽命在25年。

       


      2、雙結硅基薄膜組件介紹

      硅材料目前是太陽能電池的主導材料,而非晶硅太陽能電池使用的硅材料約為晶硅電池的百分之一,這就大大降低了原材料成本。雙結硅基薄膜組件是由玻璃基板,透明導電層,半導體層等構成(如圖3所示)。雙結硅基薄膜組件可應用于建筑整合式應用,屋頂,以及大型地面電站。目前,雙結硅基薄膜組件的實驗室轉換效率以及達到15%,量產后的效率約在10%。


      近年來,很多機構投入大量時間精力研究雙結硅基薄膜組件,在于其具有以下優點:

    (1)與晶硅組件相比,雙結硅基薄膜組件在相同的遮蔽面積下功率損失較?。ㄈ豕馇闆r下發電性能更好);(2)有更好的功率溫度系數;(3)只需要少量的硅原料;(4)沒有內部電路短路問題(聯機已經在串聯電池制造時內建);(5)原材料供應不會出現短缺問題;(5)可建筑材料整合性運用(BIPV),更為美觀。但是,因雙結硅基薄膜組件的前期投入資產過大(主要是設備),而導致雙結硅基薄膜組件無法大規模推廣。

      晶硅組件和雙結硅基薄膜組件在電站系統中的應用

      1、晶硅組件和雙結硅基薄膜組件在電站系統中的優缺點

      晶硅(多晶硅)組件和雙結硅基薄膜組件因其各自的特點,均在大型地面電站中得到了應用。在實際應用過程中,與雙結硅基薄膜組件相比較,多晶硅組件的優點主要體現在:

     ?。?)單位面積輸出功率更高。1平米的雙結硅基薄膜組件輸出功率約為78Wp,而相同面積的多晶硅組件的輸出功率約在147Wp。

     ?。?)除組件外,其他配套產品的成本更低。因晶硅組件的單位面積出功率約為雙結硅基薄膜組件的2倍,那么建設同樣大小的太陽能光伏電站,晶硅組件使用的數量約為雙結硅基薄膜組件的一半,那么所需要的電氣設備和電纜的耗量,在使用晶硅組件的電站中比使用雙結硅基薄膜組件的要小很多。

     ?。?)占地面積更小。建設同樣容量的電站,因所需要的晶硅組件的數量要遠少于雙結硅基薄膜組件,則相應的,使用晶硅組件的光伏電站的占地面積比雙結硅基薄膜組件要小很多,使得系統成本更優。

     ?。?)晶硅組件的結構使得其比雙結硅基薄膜組件更易運輸。因大型地面電站大都建于偏遠地區,需經海運、陸運等多種途徑才能到達項目現場,在運輸過程中,雙結硅基薄膜組件(尤其是無邊框型的產品)因其自身的玻璃結構,在相同的包裝情況下,更易出現碎裂,而晶硅組件很少出現這種情況。

     ?。?)便于安裝。晶硅組件重量較雙結硅基薄膜組件更輕,在安裝現場,更容易安裝到支架上。

      晶硅組件在電站應用中出現的缺陷主要為,在出現遮陰的情況下,容易形成孤島效應,這將極大的降低整個陣列乃至電站的功率輸出。

      雙結硅基薄膜組件在電站應用中,其主要優勢體現在:

     ?。?)功率溫度系數小。雙結硅基薄膜組件的溫度系數約為-0.19%/℃,而晶硅組件的溫度系數約為-0.44%/℃,說明雙結硅基薄膜組件在夏天,熱帶地區或是沙漠地區的每瓦發電量要略高于晶硅組件。

     ?。?)在光照弱或者出現遮陰的情況下,使用雙結硅基薄膜組件的光伏電站的發電量要略高于使用晶硅組件建設的光伏電站。

      如上述對晶硅組件在電站應用的優勢分析,可看出雙結硅基薄膜組件的缺陷集中在因發電效率低下,而導致的需更多的配套電氣產品,占有更大面積的土地,需要更多的人工,同時,在運輸和安裝上更有難度。

      2、應用實例

      實際應用中,使用CHSM6612P-290W晶硅組件和裝有CHSM5001T-115W雙結硅基薄膜組件的太陽能光伏電站在發電輸出方面的對比數據如表1所示。

      這兩組數據取自同一經緯度的兩個電站,電站的建設地在泰國北標府附近。因此,兩個項目的日照及氣候條件相近,且均采用正泰電源生產的CPS100kW逆變器,其轉換效率為97.6%。泰國位于赤道附近,常年高溫,雨季較長,根據理論分析,雙結硅基薄膜組件的發電性能應優于晶硅組件。下表1為2013年1月到9月每兆瓦的光伏電站實際測得的發電數據,其中雙結硅基薄膜組件的總發電量輸出略低于晶硅組件。實際上,薄膜電站由于技術原因,相同功率所需要的太陽能組件數量要遠多于普通晶硅電站,所以其電站系統損失要大于普通晶硅電站。因此從實際數據上來看,如果剔除系統損失因素的影響,雙結硅基薄膜組件在單位日照時間的發電量上要高于晶硅。但是隨著電站規模的擴大,薄膜電站的系統損失也將由于受組件數量影響而變大,導致實際發電量的變低。實際上,太陽能光伏電站的發電輸出受很多因素的影響,除自然環境外,還有設備的不正常運行也會很大程度的影響輸出,因此實測數據的差異不能完全歸因于組件的性能表現。

      

      結論

      以上的分析和數據對比的主要目的并非是要說明哪個組件更好,晶硅組件和雙結硅基薄膜組件各有優勢,也存在缺陷,如何挑選合適的產品用于合適的市場,使得電站的效益最優化是最終的目的。

      如今晶硅組件成本大幅下降,使得其在大型地面電站的建設中更受歡迎??紤]這個因素,雙結硅基薄膜組件就其本身特點或許應更專注于建筑一體化(如幕墻和太陽能棚等)。


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