|
晶硅组件与薄膜组件在光伏电站应用中的差异以及发电效果对比
摘要：传统能源存储量有限，不能过度开发使用，各国都积极推广可再生能源，希望改变能源结构，其中太阳能成为新能源中的焦点。本文对光伏电站系统做了简单介绍，并就在电站设计中，对使用的晶硅组件与双结硅基薄膜组件产生的差异做了分析，同时对两种组件产品在发电输出上做了数据比较。根据分析结果和实例可以看出，晶硅组件和双结硅基薄膜组件产品各具优缺点，需根据实际情况进行选用。
关键词：多晶硅组件 双结硅基薄膜组件 光伏电站 系统 发电效率
一、引言：
传统能源日益紧张，各国都投入更大的人力和物力研究开发新的再生能源。如何能够更加合理使用能源，提高能源的利用效率变得比以往更加具有现实和长远的意义。太阳能因其具有资源丰富，分布广泛，绿色环保等优点，成为新能源中的焦点。如今太阳能一般用作发电，在各国政府推出各种利好政策的激励下，大型地面电站在近几年被大力推广。如何有效的降低光伏电站的系统建设成本，提高系统发电效率，成为光伏企业考虑的主要方向。本文主要对传统的多晶硅组件和双结硅基薄膜组件在光伏电站系统中的差异表现进行分析，并对安装在同一地区光伏电站中的晶硅组件和双结硅基薄膜组件的发电数据做了对比。
二、光伏发电系统的工作原理
太阳能光伏发电系统有很多类型，这里以太阳能光伏并网大型地面电站发电系统为例进行介绍。光伏地面电站发电系统简化后如图1所示，由太阳能电池阵列，并网逆变器，并网保护装置，以及连接这些设备的布线及汇流箱，安装在交流侧的电表，升压变压器等构成。太阳能电池产生直流电，直流电通过并网逆变器转换为交流电后并入电网，可以与电力公司提供的交流电一起使用。
图1 并网型光伏地面电站系统简化图
太阳能组件是由数十个太阳能电池单元进行封装构成，太阳能组件阵列是由若干个太阳能电池组件串联及并联连接构成。光伏系统的容量是由太阳能电池组件的最大输出功率之和来表示的。系统的输出功率取决于辐射照度和太阳能电池单元的温度。[1]逆变器的作用是将太阳能组件阵列产生的直流电转换成与电力公司供给的相同电压和频率的交流电。
三、晶硅组件和双结硅基薄膜组件介绍
1、晶硅组件（多晶硅）介绍
多晶硅光伏组件是由玻璃、EVA、电池片、背板和电池板等组成（如图2所示）。由于多晶硅组件价格合理且性能良好，所以在市场上占有比较大的份额。
图2 多晶硅光伏组件的结构示意图
目前多晶硅组件的转换效率约在15%，比单晶硅产品略低，但是比非晶硅组件转换效率要高。多晶硅电池没有光致衰退效应，略微的材料质量差异不会导致太阳能电池受影响。但是多晶硅电池片单片功率存在一定差异性，同样面积的组件功率好存在一定差异（通常情况存在20Wp-30Wp的差异）。多晶硅电池片的另一优点是在单位面积上可获得较高和稳定的发电性能。目前标称的多晶硅组件的使用寿命在25年。[2]
2、双结硅基薄膜组件介绍
硅材料目前是太阳能电池的主导材料，而非晶硅太阳能电池使用的硅材料约为晶硅电池的百分之一，这就大大降低了原材料成本。双结硅基薄膜组件是由玻璃基板，透明导电层，半导体层等构成（如图3所示）。双结硅基薄膜组件可应用于建筑整合式应用，屋顶，以及大型地面电站。目前，双结硅基薄膜组件的实验室转换效率以及达到15%，量产后的效率约在10%。
图3双结硅基薄膜组件的结构示意图
近年来，很多机构投入大量时间精力研究双结硅基薄膜组件，在于其具有以下优点：（1）与晶硅组件相比，双结硅基薄膜组件在相同的遮蔽面积下功率损失较小（弱光情况下发电性能更好）；（2）有更好的功率温度系数；（3）只需要少量的硅原料；（4）没有内部电路短路问题（联机已经在串联电池制造时内建）；（5）原材料供应不会出现短缺问题；（5）可建筑材料整合性运用（BIPV），更为美观。但是，因双结硅基薄膜组件的前期投入资产过大（主要是设备），而导致双结硅基薄膜组件无法大规模推广。
四、晶硅组件和双结硅基薄膜组件在电站系统中的应用
1、晶硅组件和双结硅基薄膜组件在电站系统中的优缺点
晶硅（多晶硅）组件和双结硅基薄膜组件因其各自的特点，均在大型地面电站中得到了应用。在实际应用过程中，与双结硅基薄膜组件相比较，多晶硅组件的优点主要体现在：
单位面积输出功率更高。1平米的双结硅基薄（1）膜组件输出功率约为78Wp,而相同面积的多晶硅组件的输出功率约在147Wp。
（2）除组件外，其他配套产品的成本更低。因晶硅组件的单位面积出功率约为双结硅基薄膜组件的2倍，那么建设同样大小的太阳能光伏电站，晶硅组件使用的数量约为双结硅基薄膜组件的一半，那么所需要的电气设备和电缆的耗量，在使用晶硅组件的电站中比使用双结硅基薄膜组件的要小很多。
（3）占地面积更小。建设同样容量的电站，因所需要的晶硅组件的数量要远少于双结硅基薄膜组件，则相应的，使用晶硅组件的光伏电站的占地面积比双结硅基薄膜组件要小很多，使得系统成本更优。
（4）晶硅组件的结构使得其比双结硅基薄膜组件更易运输。因大型地面电站大都建于偏远地区，需经海运、陆运等多种途径才能到达项目现场，在运输过程中，双结硅基薄膜组件（尤其是无边框型的产品）因其自身的玻璃结构，在相同的包装情况下，更易出现碎裂，而晶硅组件很少出现这种情况。
（5）便于安装。晶硅组件重量较双结硅基薄膜组件更轻，在安装现场，更容易安装到支架上。
晶硅组件在电站应用中出现的缺陷主要为，在出现遮阴的情况下，容易形成孤岛效应，这将极大的降低整个阵列乃至电站的功率输出。
双结硅基薄膜组件在电站应用中，其主要优势体现在：
（1）功率温度系数小。双结硅基薄膜组件的温度系数约为-0.19%/℃，而晶硅组件的温度系数约为-0.44%/℃，说明双结硅基薄膜组件在夏天，热带地区或是沙漠地区的每瓦发电量要略高于晶硅组件。
（2）在光照弱或者出现遮阴的情况下，使用双结硅基薄膜组件的光伏电站的发电量要略高于使用晶硅组件建设的光伏电站。
如上述对晶硅组件在电站应用的优势分析，可看出双结硅基薄膜组件的缺陷集中在因发电效率低下，而导致的需更多的配套电气产品，占有更大面积的土地，需要更多的人工，同时，在运输和安装上更有难度。
2、应用实例
实际应用中，使用CHSM 6612P-290W晶硅组件和装有CHSM 5001T-115W双结硅基薄膜组件的太阳能光伏电站在发电输出方面的对比数据如表1所示。
这两组数据取自同一经纬度的两个电站，电站的建设地在泰国北标府附近。因此，两个项目的日照及气候条件相近，且均采用正泰电源生产的CPS 100kW逆变器，其转换效率为97.6%。泰国位于赤道附近，常年高温，雨季较长，根据理论分析，双结硅基薄膜组件的发电性能应优于晶硅组件。下表1为2013年1月到9月每兆瓦的光伏电站实际测得的发电数据，其中双结硅基薄膜组件的总发电量输出略低于晶硅组件。实际上，薄膜电站由于技术原因，相同功率所需要的太阳能组件数量要远多于普通晶硅电站，所以其电站系统损失要大于普通晶硅电站。因此从实际数据上来看，如果剔除系统损失因素的影响，双结硅基薄膜组件在单位日照时间的发电量上要高于晶硅。但是随着电站规模的扩大，薄膜电站的系统损失也将由于受组件数量影响而变大，导致实际发电量的变低。实际上，太阳能光伏电站的发电输出受很多因素的影响，除自然环境外，还有设备的不正常运行也会很大程度的影响输出，因此实测数据的差异不能完全归因于组件的性能表现。
表1 2013年晶硅电站和薄膜电站发电数据
|
发电量
月份
|
晶硅（kWh/MW）
|
峰值日照时间
(hour)
|
薄膜（kWh/MW）
|
峰值日照时间
(hour)
|
|
1月
|
112,206.7
|
3.87
|
128,165.4
|
4.15
|
|
2月
|
125,840.8
|
4.49
|
107,341.1
|
3.85
|
|
3月
|
124,974.2
|
4.03
|
125,143.0
|
4.06
|
|
4月
|
133,692.3
|
4.45
|
123,512.7
|
4.14
|
|
5月
|
133,314.0
|
4.29
|
124,762.6
|
4.04
|
|
6月
|
110,578.7
|
3.68
|
101,007.0
|
3.38
|
|
7月
|
102,600.4
|
3.31
|
105,328.0
|
3.41
|
|
8月
|
145,548.0
|
4.69
|
108,513.1
|
3.52
|
|
合计
|
988,755.1
|
4.10
|
923,773.9
|
3.82
|
五、结论
以上的分析和数据对比的主要目的并非是要说明哪个组件更好，晶硅组件和双结硅基薄膜组件各有优势，也存在缺陷，如何挑选合适的产品用于合适的市场，使得电站的效益最优化是最终的目的。
如今晶硅组件成本大幅下降，使得其在大型地面电站的建设中更受欢迎。考虑这个因素，双结硅基薄膜组件就其本身特点或许应更专注于建筑一体化（如幕墙和太阳能棚等）。
（本文作者：林梅丽 王仕鹏 黄海燕 陆川，单位：浙江正泰太阳能科技有限公司）
来源：solarzoom
|