非晶硅与晶硅太阳电池在太阳能光伏发电应用中热性能的研究文库Word格式.docx
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电池组件朝向:
正南1.2系统构成及标准条件下测量参数1)非晶硅电池组件参数,如表1。
表l组件规格参数
仉曲elSDecific撕on0fⅡH}ule
在世界范围内,由于晶体硅材料的来源紧缺,虽然太阳能光伏发电作为可再生能源的应用前景广阔,但在实际应用中还存在诸多瓶颈和没有完全解决的问题,为了解决此问题,并进一步降低太阳能利用的成本,人们提出了利用非晶体硅的特点替代晶体硅电池,但这只是一些理论上的分析,对用户而言,是否能达到较佳的性价比就需要对实际应用中的情况作详细测量和分析,了解真实的投入与产出;
对这一系列问题的了解都需要一个有实用价值的评估。
基于此目的,我们对非晶电池和晶体硅电池的发电量进行了户外监测和分析。
我们的结果只是针对北京地区的情况,其它地区的情况是否相同,还有待进一步研究。
1系统构成及安装信息
为了分析及比对非晶体硅和晶体硅太阳电池在实际应用中的情况,使系统的测试数据更具有说服力,我们在中科院半导体所的屋顶上分别安装了3kw的非晶硅及多晶硅两套系统。
系统投入使用时间为2006年初,根据非晶硅电池早期在阳光的照射下,其无序晶格中复合现象会越来越严重,从而导致收稿日期:
20∞躬奶
产品型号天嚣霎翟淼司
开路电压k,V短路电流,。
,A最大功率点电压k,V最大功率标称值PⅢ,w
601.O4438±
5%
测试条件AMl.5,100TI】_W/co,25℃
连接方式:
共使用非晶组件77块,标称功率2926W。
7块串联,11组并联。
通讯作者:
于元(1960一),女,高级工程师,主要从事太阳能光伏方面的研究。
”聊lar-2002@163.Ⅻ
万方数据
8期
于元等:
非晶硅与晶硅太阳电池在太阳能光伏发电应用中热性能的研究
2)多晶硅电池组件参数,如表2。
表2组件规格参数
2)时时发电量随时间变化1d中时时发电量如图3所示。
%le
产品型号开路电压k,V短路电流L,A
2
Spec击catio璐0f瑚捌e
争75D口
上海太阳能科技有限公司
21.55.0017.5
寨蒜f=斐量篇庐
墨一
时刻
非晶/多晶/lkw时时发电量2008一l—15
最大功率点电压k,V
最大功率标称值Pm厢
测试条件
75士5%
AMl.5,100mW,c卉,25℃
共使用多晶组件40块,标称功率
3000w。
20块串联,2组并联。
3)与网络连接方式
图3非晶硅,多晶硅时时发电量
Fig.3
并网连接,使用2台3kw并网逆变器。
4)系统连接框图,如图1。
非晶硅组件卜叫并网逆变器
电数据记录仪
网220V
0f}sili咖锄dpoly一曲咖atⅢ可m咖[H吐
G即朗日t:
ic帆ra五o
3)全年发电量统计值*
如表3所示。
表3发电量统计
7rable3
sIa6s6cal萨nerad∞
多晶硅组件卜叫并网逆变器图l系统连接框图
心.1Sc}脚圮0f
syst锄com蒯∞
2测试方法及数据分析
2.1测试方法
①采用具有最大功率点跟踪的并网逆变器,同
时记录下每个阵列一天的交流输出量;
②采用具有最大功率点跟踪的并网逆变器,每
天定时纪录下各个阵列的时时交流输出量。
2.2测试数据及分析1)1a中发电量之比
为了便于分析比较,数据处理为每1l【W的发电量值。
1a的测试数据如图2所示,图中实线为发电
量之比随时间的变化趋势。
非晶/多晶发电量之比杈制喀j磐抵丑胛N垲嘲
Ⅲ暑脚
*以上数据归一为每kW
4)数据分析根据文献[2],当入射能量大于或等于禁带宽度的光子入射到具有P-N结的半导体材料时,会产生电子.空穴对,在内建电场的作用下,它们会产生电动势,从而输出电流。
太阳电池在任意时刻的输出
日期(200r7年)
辑撼旨培
.■
坩
功率为太阳电池的转换效率与投射在太阳电池表面太阳辐射总能量的乘积:
P。
=%×
,。
='7×
P缸(1)
图2非晶硅/多晶硅发电量比
№.2Ger啪6∞m曲0fa.讪咖“曲-8iliI啪
太
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学
报
29卷
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比
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由于上述值随温度的变化由多重相互关联的因素制约,因此目前分析上常以测量值做为依据分析这种变化,测量得到的晶体硅电池开路电压变化范围在一2.2。
一2.5nlV/℃,而非晶硅电池的开路电压变化范围在一1.0—1.3InV,℃嵋o。
我们所测量光伏组件的厂家给出的参数:
非晶硅电池组件输出功率的温度系数为一O.19%/℃,晶
式中,刁——太阳电池的转换效率;
亿——电池的工作点电压;
——电池的工作点电流;
k——开路单位面积入射光功;
A.——总面积。
从式(1)和式(2)可知,对太阳电池组件输出的影响主要是由于太阳电池效率所产生的影响,而影
电压;
L——短路电流;
F卜填充因子;
PiⅡ——
响效率的主要因素是开路电压、短路电流及填充因
子。
根据半导体物理理论【3J】,决定太阳电池输出的
体硅输出功率的温度系数为一O.45%,℃,这样根据
北京地区的气象条件及我们对温度的纪录,计算出1a中各种不同温度下每kw电池组件的发电量之比如图4中实线,根据表3整理的测量数据为图中虚线。
值
一个重要参数是温度系数。
从根本上讲,填充因子、开路电压、短路电流随温度(r)的变化都是由于半导体材料的特性随着温度而变化。
这种变化取决于本征载流子浓度、扩散长度和吸收系数,其中,太阳
电池基区中少数载流子迁移率,是由按r一抛率变化
的晶格散射和按Ⅳ一严律变化的离子化散射共同
决定的。
基区中的迁移率多少随温度的升高而降低;
寿命通过热运动速度(按r№律变化)和俘获截
面而为温度的函数,它随温度的提高而升高几倍,迁
移率和寿命的这些变化使得扩散长度随温度的升高
日期
而提高,从而增加长波光谱响应,导致光电流随温度
的升高稍有升高。
本征载流子浓度(n;
)在开路电压方面起很大作用,开路电压随温度的上升而下降,这主要是由于本征载流子随暗电流的升高而剧烈增加。
暗电流通常包括注入电流L及耗尽区复合电流L。
注入电流
Fig.4
图4非晶硅,多晶硅,kW发电量比值
Ge响俩叩ralio
0fp盯kw
a-础咖a11d叫y.8ili咖
由图4可以看出,无论是根据计算得到的数值,还是实际测量得到的数值,对于北京地区这样的气象状况,发电量随季节变化(即温度变化)在变化,从4月份.10月份非晶硅的发电量要大于单晶硅,11月份一3月份则反之。
固定角度安装的太阳电池,非晶硅电池和单晶硅电池的发电量基本相同,计算上晶体硅电池比非晶硅电池高1.5%,测试上非晶硅电池比晶体硅电池高1.8%。
这种不同可能是由于它们对弱光的响应不同所引起。
_,h按几;
2Ⅸexp(一庐。
/后r)率变化,耗尽区复合电流-,瑁按ni伍e冲(一庐。
/2后r)率变化。
填充因子也随温度的增加而降低,这是由于较低的开路电压会使伏安特性曲线在弯曲处的“圆度”增加。
由于开路电压和填充因子随温度升高而下降已部分地被短路电流的提高抵消,所以效率及输出功
3结论
在多晶硅与非晶硅实际发电量的对比分析中,
我们采用了电性能经过衰减的稳定输出太阳电池组件进行数据采集,在同样气候条件下采集了1a的数据,经过分析比较,得出以下结论:
1)非晶硅电池和晶体硅电池的输出功率都随温度发生季节性变化及日变化;
2)在温度较高的时间段,非晶硅的发电量要高于晶体硅电池;
但在温度较低的时间段,晶体硅的发电量要大于非晶硅;
率随温度升高而降低,但变化范围略小于开路电压
的变化。
通过上述理论可知,太阳电池在实际应用中的输出功率和温度有密切关系,不同地区的温度不同导致他们的输出和标称值有很大差别。
鉴于上述原因,为了规范各种太阳电池的特性,GB/rI眄35-1998规定b],太阳电池组件的标称功率标准测试条件之一为25±
2℃。
987
3)仅从温度考虑是否采用非晶硅替代晶体硅电池在不同地区应有不同考虑,尤其是在北方地区。
如果再考虑到人们普遍认为的非晶硅电池没有解决的稳定性问题,表面玻璃的非钢化、效率低等其他问
题,其应用应慎重;
[参考文献]
[1]吴瑞华,耿新华.非晶硅太阳电池述评[J].太阳能学报,1999,特刊:
95一101.[2]王长贵,王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].北京:
化学工业出版社,2004.[3]H0veH删IldJ.太阳电池《半导体和半金属》丛书十一卷[M].北京:
四机部第六研究所,1982.[4]黄昆,韩汝琦.半导体物理基础[M].北京:
科学出版社,1979.[5]GB,r19535.1998,地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型[s].
4)应对各种材料制成的电池温度特性做深入的研究,给出不同地区不同季节的参考值,便于设计人
员和用户对此有一个参考。
真正发挥非晶硅电池的特长;
5)在使用过程中,要注意组件的通风条件,有条件时,应选择通风条件较好的位置。
在作为玻璃幕墙使用时,一定要考虑到结构的设计,留有通风口。
STUDYoN
TEM咿ERAT【瓜E—DEPENDENCE
AND
AMoRPHOUS
CRYSTALL眦SⅡ。
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维普资讯
第29卷
第8期
报
Vo.9.No. 128
Au.20 g,08
2008年8月
ACA NERASTEaE OLARSSNI JI ICA
文章编号:
O5.o6.o)08-424o9(o8 ̄.940 7,
非晶硅与晶硅太阳电池在太阳能光伏发电 应用中热性能的研究
于 元,夏立辉,张志文
(京市太阳能研究所有限公司,E101)北 京002
摘
要:
对在北京地区屋面上固定角度安装(目前光伏发电应用中最常见的安装形式)的非晶硅和多晶硅太阳电
池组件进行了近二年的数据采集,纪录了北京地区温度数据和太阳电池阵列的实际发电量,析了它们各自的特 分点,为用户更为关心的户外使用情况提供了参考依据;
为如果仅从温度特性考虑,否采用非晶硅替代晶体硅电 认是
池在不同地区应有不同考虑,如果再考虑到人们普遍认为的非晶硅电池没有解决的稳定性问题,面玻璃的非钢 表
化、效率低等其它问题,晶硅的使用应慎重,非不应盲从。
同时在使用中不论何种电池都不应忽视组件的通风问
题。
关键词:
光伏发电;
晶硅太阳电池;
非多晶硅太阳电池;
热性能 中图分类号:
T53K1 文献标识码:
A
0引 言
短路电流及填充因子的强衰减的特点(根据分析,这 种现象主要发生在使用的前几个月)i,了更好地 C为]
在世界范围内,由于晶体硅材料的来源紧缺,虽 排除非晶硅前期衰减的影响,中所有分析数据均 文然太阳能光伏发电作为可再生能源的应用前景广阔,来自20 07年3月份以后。
但在实际应用中还存在诸多瓶颈和没有完全解决的 11地理位置及安装角度 .问题,了解决此问题,进一步降低太阳能利用的 为并北纬:
00 48;
4o01. 成本,人们提出了利用非晶体硅的特点替代晶体硅电 池,但这只是一些理论上的分析,对用户而言,是否能
东经:
1o01.”162 92;
海拔:
3 6m;
达到较佳的性价比就需要对实际应用中的情况作详 细测量和分析,了解真实的投入与产出;
这一系列 对目的,我们对非晶电池和晶体硅电池的发电量进行了
户外监测和分析。
我们的结果只是针对北京地区的 情况,其它地区的情况是否相同,还有待进一步研究。
电池组件安装角度:
5;
4。
电池组件朝向:
正南
问题的了解都需要一个有实用价值的评估。
基于此 12系统构成及标准条件下测量参数 .1非晶硅电池组件参数,)如表1 。
表1组件规格参数
Tal Seicto fmouebe1pcfaino dl i
产品型号
天津 4)3(5 8
司 6 0
1系统构成及安装信息
为了分析及比对非晶体硅和晶体硅太阳电池在
开路电压 / V
短路电流,/ A
10.
实际应用中的情况,使系统的测试数据更具有说服
力,们在中科院半导体所的屋顶上分别安装了 我3W的非晶硅及多晶硅两套系统。
系统投入使用时 k间为2006年初,根据非晶硅电池早期在阳光的照射
最大功率点电压 / v最大功率标称值P/ w
测试条件
4 43±
5 8%
A.,0mcz2℃ M1510W/m,5
连接方式:
使用非晶组件7共7块,称功率 标
下,其无序晶格中复合现象会越来越严重,而导致 22W。
7串联,1并联。
从96块1组
收稿日期:
20-30 080-3通讯作者:
于元(9O)女,级工程师,16一,高主要从事太阳能光伏方面的研究。
yya20@13cm uun026.o
8期
元等:
晶硅与晶硅太阳电池在太阳能光伏发电应用中热性能的研究 非
958
2多晶硅电池组件参数,表2 )如。
表2组件规格参数
Tbe2Seictn fmoueal pcfaisoiodl
产品型号
开路电压 , V短路电流 , A
s7D -5J
上海太阳能科技有限公司
21. 55. 0o157. 75±
5%
最大功率点电压 , V最大功率标称值P, w
测试条件
f
时刻
一
A.,0mc,5M1510W/ ̄2℃
连接方式:
使用多晶组件4共0块,标称功率 30W。
2块串联,0002组并联。
3与网络连接方式 )
并网连接,用2台3W并网逆变器。
使k 4系统连接框图,图1 )如。
非晶硅组件卜并网逆变器 叫
数据记录仪
电 网
202V
图3非晶硅,晶硅时时发电量 多
Fi3Genrtnrt faslo n g. eao aio -icnadioi
pl-icna n metoyslo taymon i
3全年发电量统计值*)
如表3所示。
表3发电量统计
Tbe3Saiia eeainal tttlgnrt sco
多晶硅组件卜并网叫逆变器
图1系统连接框图
Fg1Shmeo sm oncini. ce fstcnet yeo
2测试方法及数据分析
21测试方法 .
①采用具有最大功率点跟踪的并网逆变器, 同时记录下每个阵列一天的交流输出量;
②采用具有最大功率点跟踪的并网逆变器,每
天定时纪录下各个阵列的时时交流输出量。
22测试数据及分析 .
11中发电量之比 )a为了便于分析比较,据处理为每lW的发电 数k
量值。
1a的测试数据如图2所示,中实线为发电 图量之比随时间的变化趋势。
非晶/晶发电量之比 多
*以上数据归一为每kW
咯j 粤
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4数据分析 )
删
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根据文献[]当入射能量大于或等于禁带宽度 2,
莹
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的光子入射到具有PN结的半导体材料时,-会产生 电子一穴对,内建电场的作用下,空在它们会产生电 动势,而输出电流。
太阳电池在任意时刻的输出 从
日期(027年)0
功率为太阳电池的转换效率与投射在太阳电池表面 太阳辐射总能量的乘积:
Pt ×
I=×
P =m i()1
图2非晶硅,晶硅发电量比 多
Fg2Gnrtnrt fasio n oysini. eeai aio oicnadpl-ic oollo
太
阳
能
学
2卷 9
素制约,因此目前分析上常以测量值做为依据分析 式中,叼——太阳电池的转换效率;
V——电池的工 这种变化,量得到的晶体硅电池开路电压变化范 测围在一22~一25V℃,..m/而非晶硅电池的开路电压 作点电压;
mI——电池的工作点电流;
——开路 .~13V℃_ J电压;
,——短路电流;
——填充因子;
i— 变化范围在一10.m/2。
P —我们所测量光伏组件的厂家给出的参数:
晶 非单位面积入射光功;
A——总面积。
从式()1和式()知,太阳电池组件输出的 2可对影响主要是由于太阳电池效率所产生的影响,影 而响效率的主要因素是开路电压、路电流及填充因 短子。
根据半导体物理理论口]决定太阳电池输出的 ,
】 7 — =
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由于上述值随温度的变化由多重相互关联的因
硅电池组件输出功率的温度系数为一01%/晶 .9 ̄C,体硅输出功率的温度系数为一04%/二这样根据 .5。
,【北京地区的气象条件及我们对温度的纪录,计算出
1a中各种不同温度下每k电池组件的发电量之比 W
线。
值
根个重要参数是温度系数。
从根本上讲,填充因子、如图4中实线,据表3整理的测量数据为图中虚
开路电压、路电流随温度()短 的变化都是由于半 导体材料的特性随着