孫韻琳，陳榮榮，陳思銘
中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所；順德中山大學(xué)太陽能研究院

0 引言

用于制造太陽電池的材料種類眾多，較常見的光伏組件有單晶硅光伏組件、多晶硅光伏組件、異質(zhì)結(jié)（HIT）光伏組件、非晶硅薄膜光伏組件、銅銦鎵硒（CIGS）光伏組件、碲化鎘（CdTe）光伏組件等等。其中，晶體硅光伏組件是目前應(yīng)用最廣泛的一種。光伏組件種類如此之多，它們在實際應(yīng)用中的發(fā)電效果如何呢？

本文將通過對位于廣州中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所的6種不同類型（包括單晶硅、多晶硅、非晶硅、CIGS、CdTe和HIT）的光伏組件陣列的實測發(fā)電數(shù)據(jù)進行對比分析，讓大家了解不同類型光伏組件的實際發(fā)電情況。此外，本文使用光伏系統(tǒng)設(shè)計軟件PVsyst對廣州、深圳和珠海三個光伏項目分布較廣泛的地區(qū)進行了多晶硅光伏組件發(fā)電效果模擬分析，比較分析多晶硅光伏組件在三地的發(fā)電效果。

1 光伏組件發(fā)電效果比較與分析

1.1 光伏組件長期功率衰減分析

日本某研究機構(gòu)對單晶硅、多晶硅、非晶硅、CIGS和HIT光伏組件進行了長期功率衰減的研究，表2展示了該機構(gòu)的研究結(jié)果。



從表2中的數(shù)據(jù)顯示，上述五種類型光伏組件在運行前十年和運行10至20年這兩個區(qū)間內(nèi)均表現(xiàn)為非晶硅光伏組件的年衰減率最高，CIGS光伏組件的年衰減率最低，且年衰減率的大小關(guān)系是非晶硅＞單晶硅＞多晶硅＞HIT＞CIGS。

1.2 不同類型光伏組件發(fā)電效果比較與分析

1.2.1 系統(tǒng)介紹

中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所于2006年—2008年依次安裝了單晶硅、多晶硅、HIT、非晶硅、CIGS和CdTe6個并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，并于2010年5月期間進行了系統(tǒng)改造，縮短了光伏陣列直流輸出至逆變器之間的距離，有效的減少了直流線路損耗。圖1展示了6種類型光伏組件的實物圖。






*注：多晶硅陣列安裝容量：系統(tǒng)改造前為2.3kWp，改造后為2.1kWp

表1展示了6種光伏組件陣列的安裝容量和安裝時間。由于6種光伏組件陣列的裝機容量和安裝時間都存在差異，因此進行數(shù)據(jù)采集時，時間上統(tǒng)一選取完整年的數(shù)據(jù)，發(fā)電量則統(tǒng)一換算成組件1Wp的年發(fā)電量以便于比較。

本文通過對此6個光伏系統(tǒng)的實測發(fā)電數(shù)據(jù)進行對比分析，讓大家了解不同類型光伏組件的實際發(fā)電情況。

1.2.2 發(fā)電量數(shù)據(jù)比較與分析

本文選取了某典型年內(nèi)6種光伏組件陣列的年度發(fā)電統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在該年度內(nèi)，6種光伏組件陣列運行時長上基本一致，為355天。詳細統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表3。



注1：表3中的數(shù)據(jù)并不能代表廣州地區(qū)安裝的所有光伏系統(tǒng)的實際發(fā)電量，光伏系統(tǒng)的實際發(fā)電量主要受實時天氣條件的影響。（表4同）

注2：表3中計算組件每1Wp年發(fā)電量時使用的是光伏陣列的初始裝機容量，由于光伏陣列經(jīng)歷的使用年限不同，光伏組件的功率衰減程度也不同，因此，表3中的組件每1Wp年發(fā)電量可能存在一定誤差。

表3展示了6種光伏組件陣列的年發(fā)電量數(shù)據(jù)以及歸一化發(fā)電量（1Wp組件年發(fā)電量）年發(fā)電量數(shù)據(jù)，可知，非晶硅的歸一化年發(fā)電量最高，為1.138kWh/Wp；它們的歸一化年發(fā)電量數(shù)據(jù)的大小關(guān)系依次是非晶硅＞CdTe＞CIGS＞多晶硅＞HIT＞單晶硅。這說明廣州地區(qū)非晶硅光伏組件的發(fā)電效果最好，其次是CdTe、CIGS、多晶硅和HIT，最后是單晶硅。并且，從歸一化年發(fā)電量數(shù)據(jù)上可以看出多晶硅、CIGS、CdTe和HIT相差不是很大，在電站裝機容量較小的情況下，它們在發(fā)電量上的差距基本可以忽略不計。

圖2展示了某典型年內(nèi)6種光伏組件陣列1kWp組件月發(fā)電量統(tǒng)計圖。



圖2展示了6種光伏組件1kWp組件月發(fā)電量對比情況，整體來看，6個光伏組件陣列的歸一化發(fā)電量均在八月份取得最大值，多晶硅、非晶硅、CIGS和CdTe組件在二月份取得最小值，HIT組件在一月份取得最小值，單晶硅組件在三月份取得最小值；在四月至11月這8個月內(nèi)，非晶硅光伏組件的歸一化發(fā)電量最高，這主要是由于在這幾個月份內(nèi)環(huán)境溫度較高，非晶硅光伏組件恰好具有比較低的溫度系數(shù)，因此表現(xiàn)出較好的發(fā)電性能。

2 不同地區(qū)光伏組件發(fā)電效果比較與分析

本文以廣東省光伏發(fā)電項目分布較廣泛的廣州、深圳和珠海三地為例對比分析廣東省內(nèi)不同地區(qū)多晶硅光伏組件的發(fā)電效果。此處使用光伏系統(tǒng)設(shè)計軟件PVsyst進行了三地的光伏系統(tǒng)設(shè)計模擬計算。其中，模擬時使用光伏組件、光伏逆變器等關(guān)鍵設(shè)備完全一致，選取的氣象數(shù)據(jù)點均大約位于三市的中心位置，氣象數(shù)據(jù)全部來自NASA氣象數(shù)據(jù)庫，為22年平均太陽輻射數(shù)據(jù)。

表4展示了模擬結(jié)果。



注1：（同表3的注1）。

注2：表4中的發(fā)電量數(shù)據(jù)為正南方位角、最佳固定傾角下的發(fā)電量。

從表4中的模擬結(jié)果可知，珠海地區(qū)水平面年總太陽輻射量最高，廣州地區(qū)水平面年總太陽輻射量最低，這與地區(qū)所處緯度有關(guān)；從1Wp光伏組件年發(fā)電量上來看，同樣表現(xiàn)為珠海最高，其次是深圳，廣州最差；從模擬光伏系統(tǒng)的PR值上來看，廣州高于深圳和珠海，主要由于廣州地區(qū)整體環(huán)境溫度略低于珠海和深圳地區(qū)，因此光伏系統(tǒng)的PR值略高。

其中，PR值的定義是系統(tǒng)實際交流發(fā)電量與理論直流發(fā)電量之比，其考慮了光伏陣列效率、逆變器效率以及交、直流配電設(shè)備效率等影響因素，在一定程度上表現(xiàn)了光伏電站的綜合性能和質(zhì)量。

PR值的計算公式為：



式中：EAC,real為測試時間內(nèi)系統(tǒng)的實際交流發(fā)電量（kWh）；EDC,theoretic為測試時間內(nèi)理論直流發(fā)電量（kWh）。另外，理論直流發(fā)電量公式：



式中：Hi是測試時間內(nèi)入射到光伏陣列表面的太陽輻射（kWh/m2）;Pnominal為系統(tǒng)的標稱功率；ISTC為標準測試條件下的太陽福照度，即1kW/m2。

3 結(jié)論

通過對單晶硅、多晶硅、非晶硅、CIGS、CdTe和HIT6種類型光伏組件的的典型年發(fā)電數(shù)據(jù)和歸一化月發(fā)電量進行比較與分析，得出非晶硅光伏組件發(fā)電效果最好，歸一化年發(fā)電量最高，為1.138kWh/Wp；它們的歸一化年發(fā)電量數(shù)據(jù)的大小關(guān)系依次是非晶硅＞CdTe＞CIGS＞多晶硅＞HIT＞單晶硅。

通過PVsyst對廣州、深圳和珠海三地進行多晶硅光伏組件發(fā)電效果模擬分析，得出多晶硅光伏組件在三地的發(fā)電效果大小關(guān)系為珠海＞深圳＞廣州，三地1Wp多晶硅光伏組件年發(fā)電量分別為1.153kWh、1.145kWh和1.105kWh。值得注意的是，上述數(shù)據(jù)并不能代表光伏組件的實際發(fā)電數(shù)據(jù)，這是因為光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際發(fā)電量受當(dāng)?shù)氐膶崟r天氣條件影響很大。