薄膜光伏組件發電特性實證性研究

神華國華能源投資有限公司 ■ 高輝

北京科諾偉業科技有限公司 ■ 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成本低、制造溫度低(200℃以下)、原材料消耗少[1]等優點，同時，由于其材料與電池可以同步完成，因此便于大規模生產[2]。此外，由于非晶硅薄膜電池良好的延展性，應用范圍更加廣泛，適合于大型荒漠電站以及與建筑結合的光伏發電系統[3]。當然，與晶體硅組件相比，非晶硅薄膜電池組件的穩定轉換效率低，為7%～9%[4]，因此，相同容量的晶體硅發電系統和非晶硅薄膜發電系統相比，薄膜發電系統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特性優于晶體硅電池組件[6]；此外，非晶硅薄膜電池組件的溫度系數更小，因此，相同容量的光伏發電系統，使用非晶硅薄膜電池可提高5%～10%的發電量[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的回報。為得出華北地區適合使用的組件類型，利用國華能源投資公司的項目基金，在尚義地區安裝了3組發電系統，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使用的組件類型。

二 系統組成

整個光伏發電對比系統由3個發電單元組成，各發電單元的組件類型、容量以及組件標稱轉換效率如表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計方案，由此保證對比實驗數據的可靠性和準確性。

表1 對比系統單元參數

三 數據統計與分析

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

1 全年發電指標對比分析

表2為3種發電單元全年的日均滿發小時數對比結果(因安裝單元容量無法嚴格保持一致，實際發電量無法直接揭示各單元的發電情況，因此通過日均滿發小時數進行歸一化后可進行發電量對比)。

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

表2 全年各單元日均滿發小時數

通過表2可看出，非晶硅薄膜組件的全年日均滿發小時數為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 月度發電量對比分析

由表2的統計數據可得到圖1中各單元日均滿發小時數對比圖，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小時數的百分比，如圖2所示。

圖1 日均滿發小時數對比圖

圖2 薄膜組件相對晶硅單元滿發小時數增量

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小時數要提高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小時數提高約6%，而在發電量最低的12月份，薄膜組件與單晶硅單元日均滿發小時數相同，相對于多晶硅單元僅提高1%，薄膜電池組件的優勢未體現。

3 結果分析

非晶硅薄膜組件雖然占地面積大，7.8%的轉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，所以在實際應用中每天的發電時間要高于多晶硅和晶體硅組件。特別是在環境溫度較高的5～10月份，薄膜組件比晶體硅組件的發電量要提高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小時數僅比晶體硅組件高約3%。

四 結論

本文在國華尚義風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電情況進行比對研究，通過記錄和對比一年的發電數據，得到以下結論：

(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電量；

(2)薄膜組件更適合安裝在平均溫度較高的地區。

因此，在類似尚義這樣的寒冷地區使用薄膜組件的優勢并不明顯。本文的工作為我國將來的光伏電站建設與光伏組件的選擇提供了可靠的數據依據。

[1]張燕娜. 非晶硅薄膜電池在MWP級光伏電站的應用[J]. 重慶與世界, 2010, 11: 135－138.

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

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

[4]耿新華. 硅基薄膜太陽電池技術的發展[J]. 太陽能, 2011, 16:32－35, 51.

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

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

[7]文芳. 薄膜電池競爭優勢仍在[J]. 新財富, 2009, 9: 22－24.