非晶硅太阳能电池组件的优势课件

EffronicsEnergyEngineering(Suzhou)LTD.非晶硅太阳能电池组件的优势Effronics Energy Engineering(1非晶硅组件简介1976年美国RCA实验室的D.E.Conlson和C.R.Wronski在Spear形成和控制p-n结工作的基础上利用光生伏打(PV)效应制成世界上第一个a-Si太阳能电池，揭开了a-Si在光电子器件或PV组件中应用的幄幕。非晶硅(aSi)薄膜太阳能电池作为一种新型太阳能电池，由气相沉积形成的。由于沉积温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积约1um厚的薄膜，易于大面积化生产，是一种新兴的半导体薄膜材料。非晶硅组件简介 1976年美国RCA实验室的D.2非晶硅的发电量表现较好，有以下几个原因：非晶硅的温度系数小，高温性能佳。在散射光和弱光环境下的性能更好。光谱吸收特性与太阳光谱更匹配。柔和的IV特性。因此非晶硅组件更容易达到其最大功率。良好的适应性。此外，非晶硅薄膜电池板还具有适于BIPV、生产耗能低、材料耗用少、生产成本低等优势。非晶硅的发电性能优势非晶硅的发电量表现较好，有以下几个原因：非晶硅的发电性能优势3温度系数小，高温性能佳大部分的发电量是产生在光照强度较高的条件下（500-900W/m2），这时通常都伴随高温天气。在这样的条件下，太阳能电池组件的温度可以轻而易举的超过60。由于非晶硅组件的温度系数较小(约只有晶硅的一半)参看文献1，组件在工作环境下的发电功率的下降比晶硅少得多。温度系数小，高温性能佳4这里我们做一个简单的计算，以便更直观的看出温度系数对太阳能组件发电表现的影响。组件的实际发电功率Pma=装机功率Pm1+a（T-25）这里:a组件的温度系数非晶硅a-0.2%/;晶硅a-0.5%/非晶硅:Pma=1000W1-0.2%（60-25）=930W晶硅:Pma=1000W1-0.5%（60-25）=825W由以上的计算可以看出：同样为装机功率1000Wp的电池组件，在温暖气候环境中，非晶硅的实际发电功率要比晶硅高出12.7%这里我们做一个简单的计算，以便更直观的看出温度系数对太阳能组5美国EPVSolarInc.的EPV-40产品(tandem)在美国佛罗里达州所实际测量到的非晶硅和晶硅全天发电情况对比。在同样的日照条件下，同样功率的非晶硅比晶体硅多出约30%的发电量。参见文献2中午日照强度大，组件温度升高使发电功率下降，而非晶硅的温度系数较小，受到的影响也比晶硅小得多。当日实时发电功率对比当日总发电量对比 美国EPV Solar Inc.的EPV-46AllanGregg报告的位于美国加州SantaCruz的，两个2.5kWp分别用晶硅和非晶硅以30度倾角架设的发电系统，全年累计发电量对比，其中的非晶硅组件比晶硅组件的年发电量多出了14%。7由此可见，相同的环境、在相同的系统大小（kWp）、相同的架设倾角下，非晶硅组件可以产出更多的发电量！SantaCruz累计年发电量对比位于SantaCruz的太阳电池阵列 Allan Gregg报告的位于美国加州San7Jardine和Lane，2002发表的几种太阳能组件在西班牙实测的累计年发电量数据（kWh/kWp），从左至右依次为非晶硅、铜铟硒、单晶、多晶和碲化镉。参看文献1。从图中可以看出同样功率下，非晶硅（doublejunction）比其他种类的组件年发电量都要高。Jardine和Lane，2002发表的几种太阳能组件在西班8多种非晶硅和晶硅组件根据其温度特性模拟得到的在荷兰日照条件下的年直流发电量和性能比（performanceratio）结果。参看8品牌型号种类STC功率直流发电量（kWh/kWp/y）PR(%)UNI-SOLARUS-32a-SiTJ32116495FEEA13Pa-SiSJ12108488BPSOLARMST43a-SiDj43100181BPSOLARBP585mc-Si8597780KyoceraKC-60pc-Si6096479SiemensSolarSM-55mc-Si5596379ASEASE-100pc-Si10096679ShellSolarRSM75pc-Si7396178SiemensSolarS-30CIGS3093076多种非晶硅和晶硅组件根据其温度特性模拟得到的在荷兰日照条件下9品牌型号种类STC功率直流发电量（kWh/kWp/y）PR(%)UNI-SOLARUS-64a-SiTJ64134193SiemensSolarST40CIGS38126488DunaSolarDS40a-SiDJ40124686ASE100GTFTmc-Si100118682KyoceraKC-60pc-Si60115180SiemensSolarSM-55mc-Si55114679ShellSolarRSM50pc-Si49113979PhotowattPW100pc-Si91113178EurosolareM500Apc-Si55106974BPSolarBP275Fmc-Si75106574GPVGPV75Pmc-Si75103672BPSolarMSX83pc-Si83103471AtlantisSunslatesmc-Si12.5100470多种非晶硅和晶硅组件在瑞士实测的直流发电量和性能比数据。参看9品牌型号种类STC功率直流发电量（kWh/kWp/y）PR(10宜兰古亭国小4.3kWp99/5/2累计发电电度表读数kWh1815.599/1/2累计发电电度表读数kWh565.94个月累计发电量kWh1249.6平均每天发电时间hr2.4台中鹿峰国小4.23kWp99/5/2累计发电电度表读数kWh2977.699/1/2累计发电电度表读数kWh1012.24个月累计发电量kWh1965.4平均每天发电时间hr3.05宜兰龙潭国小3.9kWp99/5/2累计发电电度表读数kWh1707.699/1/2累计发电电度表读数kWh476.24个月累计发电量kWh1231.4平均每天发电时间hr2.6三处非晶硅系统实际发电数据宜兰古亭国小4.3kWp99/5/2累计发电电度表读数kWh11以上为我们的3个非晶硅发电系统实绩，我们测量了1-4月系统的累计发电量。一般而言晶体硅的性能比PR（performanceratio）可取为75%，非晶硅薄膜PR取为83%。根据NASA气象数据前四个月的每日太阳辐射，得到的理论结果与实际发电数据的比较。证明非晶硅组件的实际发电效能确实较高。每日太阳辐射一月二月三月四月4个月平均值理论发电量kWh/kWp实际发电量kWh/kWp宜兰12.622.683.373.803.122.592.40宜兰22.622.683.373.803.122.592.60台中2.633.013.534.263.362.793.051-4月非晶硅理论与实际发电量的对比 以上为我们的3个非晶硅发电系统实绩，我们12我们在台湾屏北高中装设一个由2.8kW非晶硅薄膜和2.2kW多晶硅组成的太阳能发电系统，为了更好的研究非晶硅和多晶硅系统的发电性能，我们对其一天内的发电数据进行了记录，并对相关环境数据进行了监测。屏北高中太阳能发电系统 我们在台湾屏北高中装设一个由2.8kW非晶硅薄13左图为该系统中装设的日照计，用来测量日照强度。上图为系统中的电度表、逆变器和环境监测设备。左图为该系统中装设的日照计，用来测量日照强度。14上表为2010年2月3日测得该系统当日的实时发电情况，按每千瓦装机功率的实时发电功率计，三条曲线从至下分别为日照强度、非晶硅薄膜和多晶硅每千瓦发电功率。或许是由于台湾气候中散射光的比例不大，在早上和傍晚非晶硅的优势不明显；在正午前后非晶硅的表现优于多晶硅，这主要是由于非晶硅的温度系数较小。另外根据当日的电度表计量数据算得：非晶硅的日发电量为4.61kWh/kWp，多晶硅为4.5kWh/kWp，非晶硅比多晶硅多发2.44%的发电量。上表为2010年2月3日测得该系统当日的实时发15散射光、弱光条件下的性能更好太阳辐射通过大气时遇到空气分子、尘粒、云滴等介质时，都要发生散射。在多云、风沙的天气以及清晨、傍晚的时段，太阳辐射主要以散射的形式存在。太阳光的散射光谱波长在550600nm之间，光谱辐照对非晶硅有利。非晶硅电池和单晶硅电池相比在短波范围内有更大的带隙，和短波光能更好匹配。散射光、弱光条件下的性能更好16深圳大学的柴金龙用荧光灯模拟弱散光进行的非晶硅与单晶硅的对比实验电池种类开路电压U/V短路电流密度J/(uA/cm2)最大功率输出密度P（uW/cm2）填充因子FFa-si0.4228.77.80.65c-si0.2835.95.20.51深圳大学柴金龙的实验得出结论:“在直射强光下和在弱的散射光环境下，非晶硅太阳能电池板的发电效能优于单晶硅太阳电池板。”3捷电节能工程顾问公司李振全利用PVsyst软件对该实验进行了模拟，得出了与其相吻合的结果。6另外，牛津大学环境变化研究所（EnvironmentalChangeInstitute）的ChristianN.Jardine的研究也支持同样的结论:单位功率的非晶硅组件比晶硅组件有更多的发电量。4深圳大学的柴金龙用荧光灯模拟弱散光进行的非晶硅与单晶硅的对比17注：PTC测试条件，日照1000/m2,温度20,风速1m/sSTC测试条件，日照1000/m2,温度25,大气环境AM1.5图中的PTC和STC曲线分别表示在此两种测试条件下非晶硅与晶体硅发电量的比值，曲线Sun%表示天气的多云程度，值越大天气越晴朗。RonSwenson对于一组光伏发电系统的测量表明：1月至3月间，在PTC和STC测试条件下，非晶硅与晶体硅发电量的比值均大于100%（100%表示非晶硅与晶硅的的发电量相等），平均多出10%以上的发电量，特别注意到当多云天气时，非晶硅的发电量更是比晶硅多出近20%。参看文献5相同功率的非晶硅与晶硅发电量的比值随天气变化的情况注：PTC测试条件，日照1000/m2,温度20,风速18非晶硅与晶硅的吸收光谱对照图光谱吸收特性与太阳光谱更匹配非晶硅具有较高的光吸收系数.特别是在0.3-0.75um的可见光波段,它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级。在正午和夏季，光照条件最好，这时阳光中蓝光（波长0.4um）的比例较大。美国Sandia国家实验室的研究结果表明，基于这一光谱效应，仅改变阳光的光谱从冬季转换至夏季，非晶硅的发电量增长了约6%，而晶硅的发电量下降了3%。参看文献2非晶硅与晶硅的吸收光谱对照图光谱吸收特性与太阳光谱更匹配19柔和的IV特性非晶硅电池相对于晶体硅电池的另外一个优势是其电流电压特性曲线较柔和（softknee），更易于达到最大功率，电压变化对输出功率的影响较小。例如，如果调节电压使其低于最大功率点电压，其电流不会等比例的改变，输出功率会下降的更多。非晶硅和晶硅的IV特性曲线对比柔和的IV特性非晶硅和晶硅的IV特性曲线对比20良好的适应性阴影的影响小在一个单晶硅组件上，仅仅一个单电池片被完全遮挡时，整个组件的输出功率可减少75%。如果遮挡非晶硅组件表面10%的面积，整个组件的功率仅下降10%。参见文献11。太阳能组件在建筑的应用中，遮挡常常很难避免。电池片被遮挡状况整个组件功率损失比例%电池片被遮挡状况整个组件功率损失比例%单个电池片被遮挡%00单个电池片被遮挡%756625251007550503个电池片被遮挡93局部阴影对单晶硅组件功率的影响良好的适应性电池片被遮挡状况整个组件功率损失比例%电池片被遮21安装倾角的影响小晶硅组件对于安装倾角和表面灰尘比非晶硅组件更加敏感。晶硅组件需要在较强的光照条件下才能发电，只有保障与阳光的合理角度才能达到应有的光电转换率因此必需考虑安装角度问题，这使得可安装的总面积和平面布局都受到限制；并且其透光性差，很不利于建筑的整体效果；例如北京属于沙尘暴活跃地区，当受光面被沙尘等不透光物遮盖时，会影响其发电效能，从建筑角度考虑视觉效果也差一些。而非晶硅可以不侧重考虑安装角度问题。有利于建筑整体效果的体现。在风沙环境下，其弱光性能有优势。安装倾角的影响小22节省硅材料晶体硅太阳能电池的厚度一般为350450m。其中硅吸收层只需要25-100m，便足以吸收大部分的太阳光。其余厚度的硅材料主要起到支撑电池的作用。在0.3-0.75um的可见光波段，它的吸收系数比晶体硅要高出一个数量级。因而它比晶体硅对太阳光的吸收率要高40倍左右,只需小于1um的非晶硅膜就能充分吸收太阳光，因此成本可以大幅度降低。生产1MWp的晶硅组件需要消耗10-12吨高纯度的硅，而消耗同样的原料可以生产非晶硅组件超过200MW。其他优势节省硅材料其他优势23 2009年9月26日国家发展改革委等十部委发布的关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业健康发展的若干意见将晶硅制造列为重点控制的行业。多晶硅制造被十部委意见定义为“高污染、高耗能行业”，主要是由于其“提炼一吨多晶硅要消耗16万度电”和副产品四氯化硅的处理。据国务院发展研究中心课题组关注新能源：光伏产业切勿“暴生暴滥”估算，从单位能耗上看，生产1kW的多晶硅光伏电池组件的能耗约在2500KWh，其中主要的耗能环节在多晶硅的生产。生产制造能耗：单晶3308kWh/kWp多晶2525kWh/kWp非晶1995kWh/kWp其他优势 2009年9月26日国家发展改革委等十部委发布的关24适于BIPV由于非晶硅没有晶体硅所需要的周期性原子排列，可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题，制备非晶硅的温度低,时间短，适于大批生产。因而它几乎可以淀积在任何衬底上,包括廉价的玻璃衬底,并且易于实现大面积化。从美学观点来说，硅薄膜电池比晶体硅更适合。因为硅薄膜电池的颜色较耐看，而且易做成透明的。晶硅组件与非晶硅组件的BIPV安装效果比较其他优势适于BIPV晶硅组件与非晶硅组件的BIPV安装效果比较其他优251D.King,J.Kratochvil,andW.Boyson.“StabilizationandPerformanceCharacteristicsofCommercialAmorphoous-SiliconPVModules”,Proc.28thIEEEPVSC,2000,pp.1446-14492KaiW.Jansen,SuparmaB.Kadam,andJamesF.Groelinger,“TheAdvantagesofAmorphousSiliconPhotovoltaicModulesinGrid-tiedSystems”3ChaiJin-long,LiYi,andHuSheng-ming,“Comparisonofspecificyieldofsolarcellassembliesmadefromamorphoussiliconandmonocrystallinesilicon”4ChristianN.Jardine,GavinJ.ConibeerandKevinLane,“PV-COMPARE:DirectComparisonofElevenPvTechnologiesatTwoLocationinNorthernandSouthernEurope”5RonSwenson,“FlatRoofThin-FilmPVComparedtoTiltedThinFilmandCrystallinePV”6李振全，徐云亮，刘诗圣，“几种太阳能电池组件比功率发电量的模拟与比较”7AllanGregg,TerenceParker,andRonSwenson,“ARealworldExaminationofPVSystemDesignandPerformance”9CharacterisationofPV-ModulesofNewGeneration,J.Eikelboom,M.Janson,ECN-reportNoECN-C-00-067,20008M.vanCleef,P.Lippens,J.Call,“SuperiorEnergyYieldsofUNI-SOLARTripleJunctionThinFlimSiliconSolarCellscomparedtoCrystallineSiliconSolarCellsunderRealOutdoorConditionsinWesternEurope”10EPVProprietaryInformation11吕芳,江燕兴,刘莉敏,曹志峰,太阳能发电参考文献1D.King,J.Kratochvil,and 26感谢您的支持！谢谢！感谢您的支持！谢谢！27