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光伏组件发电效果比较

2015-05-30   15:05:58

作者:aaa1563737211

光伏发电光伏组件
光伏组件发电效果比较导读:

孙韵琳,陈荣荣,陈思铭中山大学太阳能系统研究所;顺德中山大学太阳能研究院

0 引言


用于制造太阳电池的材料种类众多,较常见的光伏组件有单晶硅光伏组件、多晶硅光伏组件、异质结(HIT)光伏组件、非晶硅薄膜光伏组件、铜铟镓硒(CIGS)光伏组件、碲化镉(CdTe)光伏组件等等。其中,晶体硅光伏组件是目前应用比较广泛的一种。光伏组件种类如此之多,它们在实际应用中的发电效果如何呢?


本文将通过对位于广州中山大学太阳能系统研究所的6种不同类型(包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、CIGS、CdTe和HIT)的光伏组件阵列的实测发电数据进行对比分析,让大家了解不同类型光伏组件的实际发电情况。此外,本文使用光伏系统设计软件PVsyst对广州、深圳和珠海三个光伏项目分布较广泛的地区进行了多晶硅光伏组件发电效果模拟分析,比较分析多晶硅光伏组件在三地的发电效果。


1 光伏组件发电效果比较与分析


1.1 光伏组件长期功率衰减分析


日本某研究机构对单晶硅、多晶硅、非晶硅、CIGS和HIT光伏组件进行了长期功率衰减的研究,表2展示了该机构的研究结果。




从表2中的数据显示,上述五种类型光伏组件在运行前十年和运行10至20年这两个区间内均表现为非晶硅光伏组件的年衰减率比较高,CIGS光伏组件的年衰减率比较低,且年衰减率的大小关系是非晶硅>单晶硅>多晶硅>HIT>CIGS。


1.2 不同类型光伏组件发电效果比较与分析


1.2.1 系统介绍


中山大学太阳能系统研究所于2006年—2008年依次安装了单晶硅、多晶硅、HIT、非晶硅、CIGS和CdTe6个并网光伏发电系统,并于2010年5月期间进行了系统改造,缩短了光伏阵列直流输出至逆变器之间的距离,有效的减少了直流线路损耗。图1展示了6种类型光伏组件的实物图。






*注:多晶硅阵列安装容量:系统改造前为2.3kWp,改造后为2.1kWp


表1展示了6种光伏组件阵列的安装容量和安装时间。由于6种光伏组件阵列的装机容量和安装时间都存在差异,因此进行数据采集时,时间上统一选取完整年的数据,发电量则统一换算成组件1Wp的年发电量以便于比较。


本文通过对此6个光伏系统的实测发电数据进行对比分析,让大家了解不同类型光伏组件的实际发电情况。


1.2.2 发电量数据比较与分析


本文选取了某典型年内6种光伏组件阵列的年度发电统计数据,在该年度内,6种光伏组件阵列运行时长上基本一致,为355天。详细统计数据见表3。




注1:表3中的数据并不能代表广州地区安装的所有光伏系统的实际发电量,光伏系统的实际发电量主要受实时天气条件的影响。(表4同)


注2:表3中计算组件每1Wp年发电量时使用的是光伏阵列的初始装机容量,由于光伏阵列经历的使用年限不同,光伏组件的功率衰减程度也不同,因此,表3中的组件每1Wp年发电量可能存在一定误差。


表3展示了6种光伏组件阵列的年发电量数据以及归一化发电量(1Wp组件年发电量)年发电量数据,可知,非晶硅的归一化年发电量比较高,为1.138kWh/Wp;它们的归一化年发电量数据的大小关系依次是非晶硅>CdTe>CIGS>多晶硅>HIT>单晶硅。这说明广州地区非晶硅光伏组件的发电效果比较好,其次是CdTe、CIGS、多晶硅和HIT,比较后是单晶硅。并且,从归一化年发电量数据上可以看出多晶硅、CIGS、CdTe和HIT相差不是很大,在电站装机容量较小的情况下,它们在发电量上的差距基本可以忽略不计。


图2展示了某典型年内6种光伏组件阵列1kWp组件月发电量统计图。




图2展示了6种光伏组件1kWp组件月发电量对比情况,整体来看,6个光伏组件阵列的归一化发电量均在八月份取得比较大值,多晶硅、非晶硅、CIGS和CdTe组件在二月份取得比较小值,HIT组件在一月份取得比较小值,单晶硅组件在三月份取得比较小值;在四月至11月这8个月内,非晶硅光伏组件的归一化发电量比较高,这主要是由于在这几个月份内环境温度较高,非晶硅光伏组件恰好具有比较低的温度系数,因此表现出较好的发电性能。


2 不同地区光伏组件发电效果比较与分析


本文以广东省光伏发电项目分布较广泛的广州、深圳和珠海三地为例对比分析广东省内不同地区多晶硅光伏组件的发电效果。此处使用光伏系统设计软件PVsyst进行了三地的光伏系统设计模拟计算。其中,模拟时使用光伏组件、光伏逆变器等关键设备完全一致,选取的气象数据点均大约位于三市的中心位置,气象数据全部来自NASA气象数据库,为22年平均太阳辐射数据。


表4展示了模拟结果。




注1:(同表3的注1)。


注2:表4中的发电量数据为正南方位角、比较佳固定倾角下的发电量。


从表4中的模拟结果可知,珠海地区水平面年总太阳辐射量比较高,广州地区水平面年总太阳辐射量比较低,这与地区所处纬度有关;从1Wp光伏组件年发电量上来看,同样表现为珠海比较高,其次是深圳,广州比较差;从模拟光伏系统的PR值上来看,广州高于深圳和珠海,主要由于广州地区整体环境温度略低于珠海和深圳地区,因此光伏系统的PR值略高。


其中,PR值的定义是系统实际交流发电量与理论直流发电量之比,其考虑了光伏阵列效率、逆变器效率以及交、直流配电设备效率等影响因素,在一定程度上表现了光伏电站的综合性能和质量。


PR值的计算公式为:


式中:EAC,real为测试时间内系统的实际交流发电量(kWh);EDC,theoretic为测试时间内理论直流发电量(kWh)。另外,理论直流发电量公式:




式中:Hi是测试时间内入射到光伏阵列表面的太阳辐射(kWh/m2);Pnominal为系统的标称功率;ISTC为标准测试条件下的太阳福照度,即1kW/m2。


3 结论


通过对单晶硅、多晶硅、非晶硅、CIGS、CdTe和HIT6种类型光伏组件的的典型年发电数据和归一化月发电量进行比较与分析,得出非晶硅光伏组件发电效果比较好,归一化年发电量比较高,为1.138kWh/Wp;它们的归一化年发电量数据的大小关系依次是非晶硅>CdTe>CIGS>多晶硅>HIT>单晶硅。


通过PVsyst对广州、深圳和珠海三地进行多晶硅光伏组件发电效果模拟分析,得出多晶硅光伏组件在三地的发电效果大小关系为珠海>深圳>广州,三地1Wp多晶硅光伏组件年发电量分别为1.153kWh、1.145kWh和1.105kWh。值得注意的是,上述数据并不能代表光伏组件的实际发电数据,这是因为光伏发电系统的实际发电量受当地的实时天气条件影响很大。



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