张云鹏 张冰 万磊

(酒泉职业技术学院,甘肃酒泉 735000)

针对西北地区不同光伏组件发电效率的对比研究

张云鹏 张冰 万磊

(酒泉职业技术学院,甘肃酒泉 735000)

本文以酒泉职业技术学院2.1MW并网光伏电站为例,深入研究了不同材料光伏组件及同一材料光伏组件在不同跟踪方式下,排除系统故障及维护时间,季节更替、天气转变、温度变化等因素对组件发电效率产生的影响,通过大量实测数据的对比和分析,归纳出了不同光伏组件的输出功率的变化规律,并针对西北地区气候特征,给出适宜安装的光伏组件。

光伏组件 发电效率 组件选型

1 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,光伏发电作为最具可持续发展理想特征的清洁能源,正越来越受到全世界的普遍高度关注。

至今,全球太阳能电池生产规模仍保持增长势头。2013年,晶硅电池占市场主导地位,其产量约占光伏电池总产量的90%:而其中多晶硅太阳能电池约占68%,单晶硅太阳能电池约占22%,如图1所示。薄膜太阳能电池产量约占总产量的10．8%,聚光电池约为100MW,几乎不占有市场份额。

图1 不同类型太阳能电池产量比例

大部分企业生产的光伏组件产品参数往往来源于实验室测试数据或理论数据,但实际环境中,日照强度、外部环境温度、风力、沙尘和光伏发电系统各个部件的运行性能等方面都会影响光伏发电系统的实际发电量。确定不同类型光伏组件最适宜的发电环境,从而选用更合适的光伏组件来增加发电量是提高经济效益的一个重要手段。本论文针对西北地区,以酒泉为例,对各光伏发电系统的设计提供可靠的数据分析和相应的建议,对太阳能发电技术在西北地区的推广具有重要意义。

酒泉市是太阳能资源相对丰富的地区之一,太阳能总辐射量在5800至6400兆焦/平方米之间,年日照时数在2800至3300小时之间,可用于开发光伏发电项目的荒漠土地面积约为5万平方千米,储量约为20亿千瓦。

现选取酒泉职业技术学院2．1MW并网光伏电站六种不同型式的光伏发电系统进行对比分析。

2 并网光伏电站发电系统

酒泉职业技术学院2．1MW并网光伏电站是酒泉职业技术学院集产、学、研、训为一体的光伏发电实训中心,从2011年12月31日建成投产至2012年12月31日,通过对该电站各光伏系统运行状况的追踪监测,取得了一系列具有代表性的数据。

该电站建设有六种型式的光伏发电系统,所用组件分别为固定式多晶硅组件(组件容量1．5MW)、固定式非晶薄膜组件(组件容量0．1MW)、双轴跟踪多晶硅组件(组件容量0．1MW)、平单轴跟踪多晶硅组件(组件容量0．1MW)、斜单轴跟踪多晶硅组件(组件容量0．1MW)、高倍聚光砷化镓组件(组件容量0．1MW)等。为便于分析比较,将固定式多晶硅组件系统有三个单元,0．5MW构成一个单元,其他五个类型构成五个单元,容量均为0．1MW。所用组件尺寸规格见表1。

图2 不同材料光伏组件全年发电量对比

图3 不同材料光伏组件日发电量对比

表1 各种电池组件规格及跟踪方式

图4 同一组件不同跟踪方式全年发电量对比

图5 同一材料光伏组件日发电量对比

3 数据分析

光伏组件作为发电系统的核心部件,不同材料光伏组件因其基体结构的不同,在性能上也表现出较大差异。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。

3.1 不同材料光伏组件发电效率对比分析

由图2可知:温度对不同光伏组件发电量均有影响,5月光伏组件发电量最大,而后因温度升高,发电量有所下降。相对而言,温度对砷化镓电池的影响更大。

相同功率的组件,非晶硅薄膜光伏组件比多晶硅光伏组件发电量低约6．2%,高倍聚光砷化镓组件比多晶硅组件发电量低约36．9%。

由图3可知:同一月份不同光伏组件发电量受阴雨天气影响,发电量均有所下降,但其中高倍聚光砷化镓组件所受影响更为严重,晶硅电池次之,非晶薄膜组件因对光的吸收范围较大,所受影响最小。

3.2 同一组件不同跟踪方式发电效率对比分析

由图4可知,同为多晶硅电池组件,固定式多晶硅组件比平单轴式多晶硅组件发电量约低9．9%,比斜单轴式多晶硅组件发电量约低4．7%,比双轴跟踪式多晶硅组件发电量约低19．3%。

由图5可知,同一月份相同材料光伏组件虽跟踪方式不同,但受天气影响导致发电量下降的程度几乎一致。

4 结语

(1)同为1000W峰值功率的光伏组件,多晶硅光伏组件面积约为7．3m2,而非晶硅薄膜组件面积约为10．8m2。在最佳倾角一致的情况下,非晶薄膜受光照阴影面积更大,导致光伏阵列间距增大,会占用更多的面积面积。而且在组件成本上非晶薄膜光伏组件略有优势,但因产量较低,出售价格较高等因素,导致在光伏电站建设成本上毫无优势。

(2)在不考虑其追日系统耗电量、机械损耗、人工成本等条件下,高倍聚光砷化镓组件受温度及天气等因素影响较大,且发电效率最低。

(3)多晶硅组件发电效率较为稳定,受天气影响程度适中,且占地面积较小。

(4)使用跟踪系统可以提高发电量,按照光伏电站上网电价1．15元计算,每年每千瓦双轴跟踪多晶硅组件比固定式多晶硅组件多1700元左右,但和光伏电站运行增加的人工成本、维修维护成本以及跟踪系统损耗等因素相比,并无任何优势。

(5)通过研究不同材料光伏组件及同一材料光伏组件在不同跟踪方式下,在不同温度、天气条件下的发电性能发现,相对非晶薄膜组件及高倍聚光砷化镓组件而言,晶体硅组件更适宜在西北地区安装。而考虑到组件成本,固定式晶体硅组件仍然是在西北地区建设光伏电站的主流电池组件。

[1]李俊峰,王斯成,王勃华,高虎,王霁雪,唐文倩,王世江,彭澎,耿丹,江华,李丹,余雪松.中国光伏发展报告[R],2013,04.

[2]李钟实.太阳能光伏发电系统设计施工与应用[M].北京:人民邮电出版社,2012-08-31.

[3]杨金焕.太阳能光伏发电应用技术[M].北京:电子工业出版社,2009,01.

张云鹏(1987—),男,本科,研究方向:光伏发电。