薄膜光伏组件发电特性实证性研究

神华国华能源投资有限公司 ■ 高辉

北京科诺伟业科技有限公司 ■ 王丽萍 江燕兴

一 引言

与晶体硅太阳电池相比，非晶硅薄膜太阳电池具有生产成本低、制造温度低(200℃以下)、原材料消耗少[1]等优点，同时，由于其材料与电池可以同步完成，因此便于大规模生产[2]。此外，由于非晶硅薄膜电池良好的延展性，应用范围更加广泛，适合于大型荒漠电站以及与建筑结合的光伏发电系统[3]。当然，与晶体硅组件相比，非晶硅薄膜电池组件的稳定转换效率低，为7%～9%[4]，因此，相同容量的晶体硅发电系统和非晶硅薄膜发电系统相比，薄膜发电系统所需要的太阳辐照面积更大，因此需要占用的土地面积也更大[5]。

晶体硅电池组件与非晶硅薄膜电池组件的太阳光吸收频谱不同，研究表明，非晶硅薄膜电池的弱光响应特性优于晶体硅电池组件[6]；此外，非晶硅薄膜电池组件的温度系数更小，因此，相同容量的光伏发电系统，使用非晶硅薄膜电池可提高5%～10%的发电量[7]。

正是由于薄膜电池组件具有温度影响小、弱光性好等优点，对其适用地点也提出了要求。只有在适合的地点采用适合的方案才能得到最优的回报。为得出华北地区适合使用的组件类型，利用国华能源投资公司的项目基金，在尚义地区安装了3组发电系统，对比多晶硅、单晶硅、非晶硅薄膜3种光伏组件的实际使用情况，得到适合在华北地区使用的组件类型。

二 系统组成

整个光伏发电对比系统由3个发电单元组成，各发电单元的组件类型、容量以及组件标称转换效率如表1所示。所有单元的光伏阵列均为固定式安装，安装倾角按照尚义地理位置(北纬40¡44'，东经113¡49')，选为41¡。各单元采用相同型号的逆变器，交流配电等也采用相同的设计方案，由此保证对比实验数据的可靠性和准确性。

表1 对比系统单元参数

三 数据统计与分析

对比单元于2010年3月份建成，经4个月的调试与试运行，自2010年7月起正式投入运行并开始记录运行数据。截至2011年6月，对比单元正常运行满1年，完整经历了“1轮”项目安装地点自然环境的变化。因此，利用项目所获得的数据进行分析所得到的结果可为今后该地区相关项目的建设提供较为准确、可靠的依据。

1 全年发电指标对比分析

表2为3种发电单元全年的日均满发小时数对比结果(因安装单元容量无法严格保持一致，实际发电量无法直接揭示各单元的发电情况，因此通过日均满发小时数进行归一化后可进行发电量对比)。

日均满发小时数=累计发电量(kWh)/[累计运行时间(d)·安装容量(kW)]

表2 全年各单元日均满发小时数

通过表2可看出，非晶硅薄膜组件的全年日均满发小时数为3.53h，高于多晶硅组件(3.31h)约6.6%，高于单晶硅组件(3.35h)约5.4%。

2 月度发电量对比分析

由表2的统计数据可得到图1中各单元日均满发小时数对比图，并由此得到非晶硅薄膜组件相对于多晶硅单元和单晶硅单元日均满发小时数的百分比，如图2所示。

图1 日均满发小时数对比图

图2 薄膜组件相对晶硅单元满发小时数增量

由图2可得，5～10月份，非晶硅薄膜电池组件相对于晶体硅电池组件的日均满发小时数要提高5%以上，尤其是在7月份，薄膜电池组件相对于多晶硅单元提高了9.7%，相对于单晶硅单元提高了8.4%，薄膜电池组件的优势最为突出。

从11月到次年4月，薄膜电池组件相对于晶体硅电池组件的日均满发小时数提高约6%，而在发电量最低的12月份，薄膜组件与单晶硅单元日均满发小时数相同，相对于多晶硅单元仅提高1%，薄膜电池组件的优势未体现。

3 结果分析

非晶硅薄膜组件虽然占地面积大，7.8%的转换效率低于多晶硅的14.1%和单晶硅的14.5%，但非晶硅薄膜组件的弱光性好、受温度变化影响小，所以在实际应用中每天的发电时间要高于多晶硅和晶体硅组件。特别是在环境温度较高的5～10月份，薄膜组件比晶体硅组件的发电量要提高7%以上。但是在寒冷的11月至次年3月期间，由于尚义地区平均气温较低(最低温度为−28℃)，组件的工作温度不超过30℃，在此期间薄膜组件平均满发小时数仅比晶体硅组件高约3%。

四 结论

本文在国华尚义风光互补示范电站对单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜电池组件的发电情况进行比对研究，通过记录和对比一年的发电数据，得到以下结论：

(1)在土地资源充裕的条件下使用薄膜电池组件可获得更多的发电量；

(2)薄膜组件更适合安装在平均温度较高的地区。

因此，在类似尚义这样的寒冷地区使用薄膜组件的优势并不明显。本文的工作为我国将来的光伏电站建设与光伏组件的选择提供了可靠的数据依据。

[1]张燕娜. 非晶硅薄膜电池在MWP级光伏电站的应用[J]. 重庆与世界, 2010, 11: 135－138.

[2]孙云. 中国薄膜电池技术与发展概况(上)[J]. 太阳能, 2011, 3:17－19.

[3]孙云. 中国薄膜电池技术与发展概况(下)[J]. 太阳能, 2011, 4:52－55.

[4]耿新华. 硅基薄膜太阳电池技术的发展[J]. 太阳能, 2011, 16:32－35, 51.

[5]赵雨, 孙煌.非晶硅薄膜电池的历史、现状和发展中的主要问题[J]. 能源技术, 2009, 30(6): 335－337.

[6]张旭鹏, 杨胜文, 张金玲. 非晶硅薄膜电池应用及前景分析[J].光源与照明，2010, 1: 39－41.

[7]文芳. 薄膜电池竞争优势仍在[J]. 新财富, 2009, 9: 22－24.