组件选型对光伏系统发电量的影响

一引言
随着能源供应紧张、环境污染和气候变化等问题的日趋严重，光伏发电作为一种清洁的可再生能源得到快速发展。但较高的发电成本仍制约了大规模应用，因此，如何降低光伏发电成本已成为光伏行业的发展目标。其中，优化系统设计使其获得最大发电量，是降低发电成本的重要途径。
光伏系统发电量通常由装机容量、系统效率及年辐照时数的乘积计算得到，计算系统效率时把光伏组件功率转化为标况功率，忽略了辐照度、温度等天气情况对光伏组件输出特性的影响。光伏组件作为发电系统的核心部件，不同种类的光伏组件具有不同的发电特性。因此，研究光伏组件选型可进一步优化光伏系统设计，达到降低成本的目的。
光伏系统主要从组件、逆变器、安装角度等方面进行优化设计。国外相关机构通过建立户外测试系统，对其影响因素进行长期监测和研究川，为光伏电站提供了大量依据和建议，间接促进了光伏电站在国外的大规模推广和应用。而国内研究机构或公司阁几乎都没有开展此项工作，这使光伏系统设计缺少数据支持，使系统成本及系统发电量都很难达到最优设计，在一定程度上阻碍了光伏电站在国内的大规模推广。
为此，笔者以所在公司2010年10月建立的光伏户外测试系统为平台，结合天气数据，对不同种类电池的发电特性进行分析，从而得到不同地区较合适的电池类型。
二实验测试系统及参数设定光伏户外测试系统建在北京地区，主要由电子负载、多种类型光伏组件、天气系统和监控电脑组成，示意图及实物图如图1、2所示。该平台具有的特点及功能有：每个光伏组件对应一个电子负载；具有最大功率跟踪MPPT功能，即通过控制电子负载阻值使得相应光伏组件工作于最大功率下，以实现光伏电站中光伏组件的真实运行状态可采集光伏组件的，．y曲线、开路电压、短路电流、最大功率、单位每瓦发电量等电学性能信息能监铡和采集光辐照量、风速和环境温度等。利用该平台分析了9种不同光伏组件的发电特性，光伏组件参数见表1。
模组1 模组2 模组3 模组4 模组5 模组6 模组7 模组8
固1 光伏测试系统连接示意图
图2光伏组件户外测试平台实物囤
三实验结果与讨论
1发电量结果分析
为便于比较，发电量都归一化到每w，即发电量／标准光谱实测功率。
不同种类光伏组件的累计总发电量如图3。由图3可知，不同种类电池的发电特性有明显差异，以晶体硅l为基准，非晶硅薄膜最高可多发电5_4％，而a(焉少发电3．8％。值得关注的是，采用不同方法制
备的相同种类电池的发电量明显不同，尤其是制备技术种类繁多且技术较新的非晶硅电池，采用传统EPV技术制备的电池性能要低于其他技术，这说明非晶硅电池品质参差不齐，更需要谨慎选择。
光伏组件累计发电量的差异，可能是由于不同的天气条件引起的，因此对每月发电量进行分析，结果如图4。由于每月测试天数不同，将发电
光伏组件累计发电量对比
表1光伏组件参数表
硅薄膜l 单结非晶硅95 97 卧式单室多片
硅薄膜2 非晶硅／非晶硅48 48 立式单室多片
硅薄膜3 非晶硅／非晶硅50 52 立式单室多片
硅薄膜4 非晶硅／非晶硅锗，非晶硅锗55 48 卷对卷技术
硅薄膜5 非晶硅，微晶硅120 t20 多室单片Cluster
CIGS CIGS 75 75 共蒸发
晶体硅1 多晶硅185 186 一
晶体硅2 多晶硅240 242 一
晶体硅3 单晶硅200 204 一
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图4硅薄膜。多晶硅和CIGS太阳电池的每瓦月发电量
随季节的变化曲线图
量归一化到每天进行比较，其中比值为(非薄膜l或
CIGS发电量一晶体硅l发电量)／晶体硅1发电量计
算得到。由图4可知，12月～次年2月为冬季，晶
体硅和CIGS的发电量高于硅薄膜，最高可多发电
10％，随季节变化，差异先逐渐减小后又反向增大，
在4～7月份，硅薄膜发电量高于晶体硅和CIGS，
最多可达17％。同时，每种电池都在3～5月份发
电量最高，这可能与该季节晴朗天数较多有关。
2天气对不同种类电池发电特性的影响
(1)光辐照度对电池性能的影响
对典型的两个季节(冬季和夏季)光辐照度情况进行分析，分别挑选1月和7月中日辐照量最高的两天，分析辐照度对不同电池发电性能的影响。
辐照度与不同电池输出特性曲线如图5所示。
其中输出功率比值=实际输出功率／额定功率。可以看到，在同一时间条件下，夏季的辐照度明显高于冬季，随辐照度变化，各种电池的输出特性都有相同的变化趋势，即电池发电量随辐照度增加而
增加。冬季和夏季在相同辐照度下，3种电池的输出特性的变化不同。辐照度在500W／m2时，冬季：CIGS>晶体硅≥硅薄膜，夏季：硅薄膜>晶体硅≥CIGS，这说明除辐照度外，还有其他因素影响电池的输出特性。
(2)温度和湿度对电池性能的影响
冬季、夏季的温度和湿度随时间的变化曲线图如图6所示。从图6可看到，夏季的温度和湿度都高于冬季。对于晶体硅和硅薄膜，造成两个季节发电特性差异为：温度系数，晶体硅(-o．45％)>硅薄膜(-0．27％)，这说明随温度升高晶体硅输出功率降低更多；非晶硅太阳电池的热退火效应”。l，使非孚节温度相湿度随时I司的变化曲线
晶硅在一定的高温下反而具有更好的输出特性；550nm波段范围的光辐照量也随着夏季的临近而迅速增加161，这使在此波段具有更高吸收系数的菲晶硅具有更高的输出特性。基于此，硅薄膜电池在夏季可比晶体硅多发电约20％。对于CIGS，其温度系数为-0．36％，发电量应位于中间位置，但从图4得知，7月份CIGs的发电量最低，这说明CIGS的发电量还受湿度影响”I。夏季湿度较大，CIGS发电特性有所降低。而湿度对电池性能的影响不可恢复，因此在201 1年冬季的发电量也低于另外两种电池。一综上分析，太阳辐照度、温度和湿度是影响
电池发电特性的主要原因。晶体硅、硅薄膜、CIGS3种电池中，晶体硅对温度敏感，CIGS对温度、湿度都比较敏感，硅薄膜电池对环境适应性表现更强，优于其他两种电池。
3我国不同地区适合的电池类型
我国不同地区的太阳能资源分布图如图7所 示。结合上述分析得知，我国北方地区，辐照量在5850MJ／(m2•a)以上，且温度低、湿度小，采用晶体硅或CIGS的光伏系统应具有更高发电量l我国南方地区，虽也有辐照量较高的地区，但由于温度较高、湿度较大，这些地区采用硅薄膜电池应具有更高的发电量。
四结论
基于北京地区首套光伏组件户外测试平台
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图7太阳能资源分布图
来源：风能太阳能资源评估中心)
对不同种类光伏组件的发电特性进行监测。通过研究不同种类光伏组件在不同天气条件下的发电特性，分析光伏组件在冬季和夏季发电特性的差异，得到不同地区选择最适合光伏组件的判定依据。不同种类光伏组件都有其更适合的天气环境，晶体硅和CIGS更适合辐照量高、温度低、湿度小的我国北方地区；硅薄膜电池在辐照度不高、温度
高、湿度大的我国南方大部分地区应该具有更高发电量。因此，在不同地区根据天气情况和光伏组件性能，选择合适的光伏组件类型，可有效提高系统发电量，降低发电成本。