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
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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.txt铁饭碗的真实含义不是在一个地方吃一辈子饭,而是一辈子到哪儿都有饭吃。就算是一坨屎,也有遇见屎壳郎的那天。所以你大可不必为今天的自己有太多担忧。 本文由mzx699贡献
pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 第29卷第8期 2008年8月 太阳能学报 ACI’A
v01.29.N0.8 Aug.,2008
ENERGIAE SOLARIs SINI(A
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
(北京市太阳能研究所有限公司,北京100012)
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,分析了它们各自的特 点,为用户更为关心的户外使用情况提供了参考依据;认为如果仅从温度特性考虑,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,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、效率低等其它问题,非晶硅的使用应慎重,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;非晶硅太阳电池;多晶硅太阳电池;热性能 中图分类号:粥13 0
文献标识码:A 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)?,为了更好地 排除非晶硅前期衰减的影响,文中所有分析数据均 来自2007年3月份以后。 1.1地理位置及安装角度 北纬:40000714.8”; 东经:116020’19.秒; 海拔:63m; 电池组件安装角度:45。; 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e l SDecific撕on 0fⅡH}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 60 1.O 44 38±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 21.5 5.00 17.5 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℃ 连接方式: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d poly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 7rable 3
sIa6s6cal萨nerad∞
多晶硅组件卜叫并网逆变器 图l系统连接框图 心.1 Sc}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
№.2 Ger啪6∞m曲0f a.讪咖“曲-8iliI啪 万方数据 太 阳 能 学 报 29卷 肝×,。×比 75—石茹‘■ ? u7
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℃。 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 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]H0ve H删Ild J.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。 STUDY oN
TEM咿ERAT【瓜E—DEPENDENCE AND
AMoRPHOUS
CRYSTALL眦SⅡ。ICoN Zhh陀n
PERFORML州CE SOALR OF
CELLS IN PV APPLICATIONS
(№SDk脚艋¥唧dl,Ⅲ砌如白删,蜥l∞012,踟Ⅺ) Abs删:0而r唱to
aIld t}Ie shonage of Yu
Yu趾,Ⅺa Lihui,ZhaIlg
sili咖fbedstock肌d e咖appeal
f打kwering tlle c∞t,山e a-Si∞lar cells本文由yudong0611贡献
pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2 9卷 第8 期 太 阳 能 学 报
Vo . 9. No. 12 8 Au . 2 0 g,08 20 08年 8月
AC A NER A S T E a E OLAR S S NI J I I CA 文 章 编 号 :O5 .o6.o ) 0 8-4 24o9 (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 , E 10 1) 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 :T 5 3 K 1 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 2 0 0 7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 1 1 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 4 8 ; 4 o01 . 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 9 2; 海拔 :3 6 m;
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 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 1 组件 规格 参数
Ta l S e i c to fmo u e be1 p cf ain o d l 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 20 06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 4 3 ±5 8 %
A . ,0m c z 2 ℃ M15 10 W/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 2 2 W。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 。yya2 0 @ 13 cm uun02 6 .o
维普资讯 http://www.cqvip.com 8 期 于
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 95 8
2 多 晶硅 电池组 件参 数 , 表 2 ) 如 。 表 2 组 件 规格 参 数
T b e2 S e ic t n fmo u e a l p cf ai so i o d l
产 品型号
开 路 电 压 , V 短 路 电 流 , A s7 D -5 J
上海 太阳能科技有 限公司
21. 5 5. 0o 1 5 7. 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 . ,0m c , 5 M15 10 W/ ̄ 2 ℃
连接 方式 : 使 用多 晶组 件 4 共 0块 , 标称 功 率 30 W。2 块 串联 , 00 0 2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 20 2 V
图 3 非晶硅, 晶硅 时时发 电量 多
Fi 3 Gen r t n r t fa sl o n g. e a o ai o - ic n a d i o i
p l- ic n a n m e t oy sl o ta y mo n i 3 全年发 电量统计值 * ) 如 表 3所示 。 表 3 发 电量 统 计
T b e 3 Sa i ia e ea in a l tt t lg n rt sc o
多晶 硅组件 卜 并网 叫 逆变器 图 1 系 统 连 接 框 图
F g 1 S h me o s m o n cin i . c e fs t c n e t ye o
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 1 中发 电量 之 比 )a 为 了便 于分 析 比较 , 据 处 理 为 每 l W 的发 电 数 k
量值 。1 a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 k W 咯j 粤 胛
4 数据 分 析 ) 删 喀
根据 文献 [] 当入 射 能量 大 于 或 等 于禁 带 宽度 2, 莹 蜡
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 ( 0 2 7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 :
P t ×I = ×P = m i () 1 图 2 非晶硅, 晶硅发 电量 比 多
F g 2 G n rt n rt fa s i o n oy s i n i . e e ai ai o oi c n a d p l-i c o o l lo 维普资讯 http://www.cqvip.com 太 阳 能 学 报
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 一22~一2 5 V ℃ , . .m / 而非 晶硅 电池 的开 路 电压 作 点 电压 ;m I—— 电池 的工 作 点 电流 ; —— 开 路 .~13 V ℃_ 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 , 一
】 7 — = _
() 2
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
1 a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 温度 而变 化 。这种 变 化取 决 于 本征 载流 子浓 度 、 散 长 度 和 吸 收 系数 , 中 , 阳 扩 其 太 电池 基 区 中少 数载 流子 迁 移率 , 由按 是 的晶格散 射和 按 Ⅳ 率变 化 律 变 化 的离 子 化 散 射 共 同 律变化 ) 和俘 获 截
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
面而 为温度 的 函数 , 随温 度的 提高 而升 高 几倍 , 它 迁 日期
移 率 和寿命 的这些 变化 使得 扩散 长度 随温度 的升高 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 。
图 4 非晶硅/ 多晶硅/W 发 电量 比值 k
Fg 4 G n rt n rt fp rk -ic n a d p l—i c n i . e eai a oo e W a s io n oy s io o i l l
本征载 流子 浓度 ( ;在开 路 电压 方 面起 很 大作 n) 用, 开路 电压 随温度 的上 升而下 降 , 主要 是 由于本 这 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 I 及 耗 尽 区复 合 电 流 I 。注 入 电流 , , I 按 n c x ( E I T 率 变 化 , 尽 区复 合 电流 , ; i p 一q k ) oe 耗 I 按 n oep 一q k ) , ;cx ( E / T 率变 化 。 2 由图 4可 以看 出 , 论 是根 据计 算 得 到 的数 值 , 无 还是 实 际测量 得 到 的 数值 , 于北 京 地 区这 样 的 气 对
象状 况 , 电量 随季 节变 化 ( 发 即温度 变 化 ) 在变 化 , 从 4 份 ~1 月 0月份 非 晶硅 的发 电量 要 大 于单 晶硅 ,1 1 月份 ~ 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 15 , .% 测试 上非 晶硅 填充因子也随温度 的增加而降低 , 这是 由于较 电池 比晶体 硅 电池 高 18 。这 种 不 同可 能是 由于 .% 低 的开路 电压 会使 伏安 特性 曲线 在弯 曲处 的 “ 圆度” 它 们对 弱光 的响应不 同所 引起 。 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 , 以效 率 及输 出功 所 的变化 。 3 结 论
在多 晶硅 与非 晶硅 实 际 发 电量 的 对 比分析 中 , 率随温度升高而降低 , 但变化范 围略小于开路 电压 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 , 同样 气候 条件 下 采集 了 1 在 a的数 通 过上 述理 论 可lla_ve to
b唧researcht,d devel叩ed
for kmg tiIIle.1he Pv expens usiIlg a-Si PV II瑚ules
iIlstead of
cryst山le silicon PV II州一
temperatu陀etc.IIl PV p(1wer generation ul器.The fⅣmodules’perfbmIanc惜can be influenced by
m粕y f砬to瑁,such鹊sol盯irIadi锄ce肌d general,the r砷ed pclwer is used t0 scale tIle real outl)ut power.T如o y朗鹧’data of syst伽陷were c0Ⅱected肌d tlle cll习啪cteristics of these systeI】峪wer|e allalyzed in ihe a-si锄d叫y-Si
pElper,IespectiVely.The result咖
be璐ed勰the陀ferer脱for the consun抡r.,Ihe舢Ⅱ10r tIlinl【s whetller 11sing a-si i璐tead of C-Si modules should have d承
feIent coIlsideration iIl diff.er|ent area.The ou单ut硼『w日出lbili哆,tlle
non—tougher州g【ass肌d pay瑚re attenti叩to low e伍ciency sh删be
iIl aIly
co璐idered during using a-Si Pv moduks.And it is vefy illlpDrtam to
modm鼯’咖tilation applicatio鹏. Kl邪删也:Pv
power genemtion;a-Si solar ceU;Poly—si soLar
oeⅡ;tenp粕t山fe—iIependence pe面彻ance
万方数据知 , 阳 电池 在 实 际 应 用 中 的 据 , 过分 析 比较 , 出以下结 论 : 太 经 得
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 ;
输 出功 率和 温度 有 密 切 关 系 , 同地 区 的 温度 不 同 不 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 , 2在温 度 较 高 的 时 间段 , 晶 硅 的 发 电量 要 高 ) 非 G /93—98规定 _ , 阳 电池组 件 的标 称 功 率 标 于 晶体硅 电池 ; 在温 度较低 的时 间段 , BT5519 5太 j 但 晶体 硅 的发 准测 试条 件之 一 为 2 5±2C。  ̄ 电量要 大于 非 晶硅 ; 维普资讯 http://www.cqvip.com 8 期 于
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 97 8
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。 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 ;
4 应 对各 种材 料制 成 的 电池 温度 特 性 做 深入 的 ) 研究 , 出不 同地 区 不 同季节 的参 考 值 , 于 设计 人 给 便 [ 考文 献 ] 参 1 耿 J. 如果 再考 虑 到人 们普 遍认 为 的非 晶硅 电 池没 有 解决 [ ] 吴瑞 华 , 新华 .非 晶硅太 阳电池述 评 [ ] 太 阳能 学
报 ,99 特 刊 :5 11 19 , 9— 0 . [ ] 王长贵 , 2 王斯成 . 阳能光 伏发 电实用技术 [ . 太 M] 北京 : 化 学 工 业 出版 社 ,O4 2O .
[ ] H v a l .太 阳电池《 3 oeH r dJ o 半导体和半金属 》 丛书十一卷 [ .北京 : M] 四机部第六研究所 ,92 18 . 员 和用户 对 此有 一个 参 考 。真正 发 挥 非 晶硅 电池 的 特长; [] 黄 4
昆, 韩汝琦 . 半导体物 理基础 [ . M] 北京 : 科学 出版 社 ,99 17 . 5在 使用 过 程 中 , 注 意 组件 的通 风 条 件 , ) 要 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 。
[ ] G /93 —98 地面 用 晶体 硅光 伏组 件设 计 鉴定 和定 5 BT 5519 ,
型 [] S.
S TUDY oN EM]ERAT【 E— T E , DEP NDENCE ERF E P oR NCE oF
AM o RP oUS AND H CRYS L NE ⅡJCoN o AI Tf LI S S CELLS I PV N APPII CATI oNS Yu Yu n,Xi i u ,Zh n i n a aLh i a g Zhwe ( ei o r nryR r ntt oL B i, l e j ̄S a E g  ̄
c lsteC t h ia d,B in 0 02 C / ei 10 1 , hn jg a)
Absr c : t a t Owi g t h h ra e o i c n fe tc n o o rn he c s ,t — is lrc l a e b e e e rh d n o te s otg fsl o e dso k a d frlwei g t o t he a S oa el h v e n r s ac e i s n e eo e o gtme.T e P e p rse e p e lt sn — iPV d l si se d o rsal e slc n P mo — a d d v lp d frln i o h V x e v n a p a o u ig a S t mo ue n ta fc y tli i o V d n i u e h e P mo ue ’p ro ma c sC e ifu n e y ma y fco s u h a oa ra i c d tmp rt r t ls.T V d ls e fr n e a b n l e c db n a tr ,s c s s l ir da ea e e au e ec.I n r n n n g n rl he r td p we su e o s ae t e ra u p tp we .T e r ’d t faS d p l — iPV o rg n r t n e ea 。t ae o ri s d t c e o t u o r woy a s aa o — ia oy S l h l n p we e e ai o
sse ee c l ce d t e c a a tr t so e e s se e e a ay e n t e p p r e p ciey h e r s l C y tmsw r o e td a h r ce i i ft s y tmsw r lz d i a e ,r s t l .T eu t a l n h sc h n h e v n e u e t ee e c o s me .T u h rt n sw eh ru i — i s d o i b s d a e rfr n e fr e c n u r h e a t o i k h t e s g a S n ta f S d u e h u d h v i s h o t h h n i e C— mo lss o l a e df -
frn o sd r t n i i e n r a.Th u p tp we tbi t h e n n tu he e l s a d lw f ce c ho l e e tc n i ea i n d f r tae e o e e o t u o r sa l y,t o —o g n d ga o ef in y s u d b i s n i c n i e d d rn sn — iPV mo u e .An ti e y i o tn o p y mo t nin t d u e ’v n i t n i y o sd r u i g u i g a S d l s e d i sv r mp ra tt a r at to o mo l s e tl i n a e e ao n a p iain . p l t s c o
Ke wo d P p we e eain;a Sis l e l y r s: V o rg n r t o — oa c l;Poy S oa el e e au — e e d n e p ro a c r l— is l c l;tmp r t r d p n e c f r n e r e e m 1本文由zhu266520贡献
pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 第四 卷 第 期 洲犯 年 月
姆 文章编号 优巧今加肠 口 川 冲参砚姆冬肠 太 口陇
阳 能 学 报 讯 田
】 仪用
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 , ,
北 京市太阳能研究所有限公司 北京 , 姗 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 分析 了它们各 自的特 ,
点 为用 户更为关心 的户外使用情 况 提供 了参考依据 认 为如果仅从 温 度特性考虑 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 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 效率低等其它问题 非晶硅 的使 用应 慎重 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 。
关健 词
光伏发 电 非晶硅太 阳 电池 多 晶硅 太 阳电池 热性能 文 献标 识 码
中圈分 类号 洲 】巧 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 , , , ’ ,
为 了更好地
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 , ,
排除非晶硅 前期衰减 的影 响 文 中所 有分析数 据均 来自 以刀
年 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 问题 为 了解 决此 问题 并进 一 步 降低 太 阳能利用 的 地理 位
及 安 装 角度 ” ,
北 纬 如 叹幻
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 海拔 尹
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 人 与产 出 对这 一 系列 ,
电池 组 件安装角度 “
电池组 件朝向 正 南
系统构成 及 标 准 条件 下 测 , 参数
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
非 晶硅 电池组 件参数 如表 衰
组 件规格参数 , 。
户外监测 和分析 我 们 的结果 只是针对 北 京地 区 的 清况 其它地 区 的情况 是否 相 同 还有待进一 步研究 , , 。 。
衅 击画 产 品型 号 开路 电压 嵘 记』 川 拼
天 津市津能电池科技有 限公 司 印 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 , ,
短路电流 别
最 大功率点 电压 最 大功率标称值 凡 土 ,
的非 晶硅 及 多 晶硅 两 套 系统 。
系统投人 使用 时 ,
测试 条件 仪 , ℃ 间为 , 巧
年初 根 据非 晶硅 电 池早 期在 阳光 的照 射 ,
连 接方 式 共 使用 非 晶组 件 。
块 标称功率 ,
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 通 讯 作者
刀】 月 块 串联 ,
组 并联 。 仍刁 元 灾好一 , 于
女 高级 工 程 师 主要 从事太 阳能光伏方 面 的研 究 , , 。 ” 以粗 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 ,
多晶硅 电池组 件参数 如表 表 毛山 。
时时发 电量 随时间变化 中时时发 电量如图 所 示 。
组 件规格参数 血 闭』
产品型 号
开路 电压 嵘 短 路电流 几
洲 咯 冲 带 钱 岔 浦 创 似 沙 留 棍 ( 蓄‘ 俐 绷 , 叫 ) 。
非晶 多晶 时 时发 电且 一 一
) 〔 ,,
上 海太 阳能科技有限公司 的 二 ? ?
犷岁岁 犷才 了 穿 时刻
最 大功率点 电压 凡 最大功率标称值 测试条件
士 , 仪腼 时 , ℃
连接方式 共 使 用 多 晶组 件 《】 。
块 标称 功率
图 非晶硅 多晶硅 时时发电量 山记 ,
块 串联 , ,
组 并联 。
与 网络连 接方式 并 网连接 使用 , 台 。
并 网逆变 器 。 即 一 山 ,
系统 连接框 图 如 图 非 晶硅 组 件
全 年发 电量 统计值 电 网
如表 所 示 。 衰 毛山
发 电 统计 抓司 。 日期
多 晶硅组 件 非 晶发电量 多晶发 电量
即 。 图 反
系统连接框 图
一 } 匕 沙 乙 比 卜 手 , 呢 和 毗 解
的 的 田 只 ,
测 试 方法及 数 据分析 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 肠 呢 如
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 测 试数据及 分 析 。 , 弘
中发 电量 之 比
为 了便 于 分析 比较 数据处 理 为每 量值 。 ,
的发 电 解
的测 试 数 据 如 图 。
所 示 图 中实线 为发 电 之比 万毕科 , 以 呢
量 之 比随时间 的变化趋 势 咯 哈 摘 卜 却 似 墩 带 创 俐 五 矽 共 划 璐 朝 仗 二 一
非晶 多晶发 电 刁 刃卜刁 肠
护 ,
以上 数据归一 为每
数据分析 根据 文 献 〔 〕 人 射能 量 大 于 或 等 于 禁 带 宽度 当 ,
的光子人 射到具 有 一
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 ,
才 尹才价 广犷犷夕才 日期
动势 从 而 输 出 电 流 , 。
太 阳 电 池 在 任 意时 刻 的 输 出 年 山
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 。 二 图 说
非 晶硅 多晶硅 发 电量 比 画 。
日 浏 势 山政扣 专 ‘ 太 阳 能 学 报 卷 几 专二 ‘
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 ,
式中
— 开路 — — 短 路 电流 电压 几 填充 因子 — — — 总面 积 单位面积人 射光 功 — 可 知 对太 阳 电池 组 件输 出 的 从式 和 式 , ,
作点 电 压 几 —
太 阳 电池的转换效率 电池的工
这种变化 测量 得到 的晶体硅 电池 开 路 电压 变化 范 围在 一 ,
电池 的 工 作 点 电 流 ,
变化范围在 一 一
℃ 而 非 晶硅 电池 的开 路 电压 , 一 ℃ , 。 。
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 ℃ , , , 晶
影 响主要 是 由于 太 阳 电池 效 率所 产 生 的影 响 而 影 ,
体硅 输 出功率 的温 度系数为 一
℃ 这样根据 ,
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 , 决定太 阳 电池输 出的 。 , 、
北 京地 区 的气象条件及 我们对 温 度 的纪 录 计算出 一 个 重要 参数是温度 系数
、 。
从根 本上 讲 填充 因子 。 , 、
电池组 件的发 电量之 比 中各种不 同温度下 每 如图 中实线 根 据表 整 理 的测量 数据为 图 中虚 ,
开 路 电压 短 路 电流 随温 度 、
的变化 都是 由于 半 这 种变化取 决于 , , 线 。
导体材料 的特性 随着温度而 变化 ,
非晶硅 单晶硅发 电量 比 礴一 半经 验 比值 汽
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 的晶格散射 和 按 。 一 一 ?? 侧 内 ” 石 值
犯 率变 化 现 五 ’
严 律变化 的离子 化散 射共 同 伦
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 ,
律变化 和 俘 获截 ,
了沪 尹 沪 之 户 犷之尹 图
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 而 提高 从 而增加 长波光 谱 响应 导致光 电流随 温 度 , ,
非 晶硅 多晶硅
。 ,
发 电量 比值 ,
的升高稍有升高 , 。
本征 载流子 浓度 。
在开 路 电压 方 面 起 很 大作 ,
以价币 卯 唱 山加 咙 俪 由图 可 以 看 出 无 论是根据计算得 到的数值 ,
用 开 路 电压 随温度 的上 升而 下 降 这 主 要 是 由于 本 还 是 实际测量得 到 的 数 值 对 于 北 京 地 区 这 样 的气 征载流子 随暗 电流 的升高而 剧 烈增 加 包括 注人 电流 , 。
暗 电流 通 常 二 。
象状况 发 电量 随季节变化 即温 度变化 在变化 从 月份 一 月份 一 , , ‘
及 耗 尽 区 复合 电流 注 人 电流
月 份非 晶硅 的发 电 量 要 大 于 单 晶硅 月 份则 反 之 。 , ,
固定 角度 安 装 的 太 阳 电池 , , 按 按 。 , 一 袒 。 。
率变化 耗尽 区 复合 电 流 率变化
。 , ,
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 、 。。 一 杯
测试 上 非晶硅
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 。
电池 比晶体硅 电池 高 。
这 种 不 同可 能是 由于 。 “ ”
它们对弱光的响应 不 同所 引起
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 , 结 论 ,
在 多晶硅 与非 晶 硅 实 际 发 电量 的对 比分 析 中
率随温 度 升高 而 降低 但 变化 范 围 略小 于 开 路 电压 的变 化 。 ,
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 , , 的数
通 过 上 述 理 论 可 知 太 阳 电池 在 实 际 应用 中 的 据 经 过分析 比较 得 出 以 下 结论 , ,
输 出功率和 温 度有密 切 关 系 不 同地 区 的温 度 不 同 ,
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 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
, ,
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 规定 太 阳 电池 组 件 的标称 功 率标 仰 一 , ,
准 测 试 条件 之 一 为 土 ℃ 。
电量要 大 于 非 晶硅 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 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 , , 。
【 考文献 参 工
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 、
且 山 , 月 工 』
吴瑞华 耿新 华 非晶硅太 阳 电池述评【 〕太 阳能学 报 , , 卿 , , 特刊 一 ,
题 其应用 应慎重 应对 各种材料制成的电池温 度特性做深人 的 研 究 给 出不 同地 区不 同季节 的参考值 便于设计人 , ,
工 』 』 ,
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