鐵路客站光伏并網(wǎng)發(fā)電項目太陽能電池選型比對

李 單 王彥斌 袁愛慶

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔可再生能源，光伏發(fā)電是將太陽能轉(zhuǎn)換為人們可利用的電能的重要途徑。在國家鼓勵積極發(fā)展的新能源中，太陽能占據(jù)重要地位，在鐵路新一輪的客站建設(shè)中，也積極倡導(dǎo)使用太陽能。太陽能光伏發(fā)電所用的光伏組件，是太陽能電池片經(jīng)過加工后的產(chǎn)品。太陽能光伏電池按基本材料分為:晶體硅太陽能電池、非晶體硅太陽能電池、硒光電池、微晶硅太陽能電池、有機半導(dǎo)體太陽能電池和化合物太陽能電池等。目前國內(nèi)外使用最普遍的是硅太陽能電池，主要分為單晶硅、多晶硅太陽電池，而且國內(nèi)的光伏組件生產(chǎn)也主要是以單晶硅、多晶硅太陽電池為主，這些硅系列的太陽能電池均可作為光伏建筑一體化使用。

1 常用太陽能電池

1.1 硅太陽能電池

硅太陽能電池分為單晶硅、多晶硅太陽電池。商業(yè)化的單晶硅電池片電池效率在13%～18%，多晶硅電池片效率一般在12%～16%左右。單晶硅電池片如圖1所示，多晶硅電池片見圖2。

圖1 單晶硅硅片

圖2 多晶硅硅片

由電池片組成的電池組件的外形結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.2 非晶硅薄膜太陽電池

非晶硅薄膜太陽電池的生產(chǎn)成本較低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，所以受到了人們的普遍重視，從而得到迅速的發(fā)展。非晶硅太陽能材料雖然是一種很好的電池材料，但它的光學(xué)帶隙為1.7 eV，轉(zhuǎn)化效率一般較低，在5%～9%左右。隨著技術(shù)的不斷改進，原先非晶硅電池存在的光致衰降的S—W效應(yīng)(即太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率會隨著光照時間的延續(xù)而衰減)問題得到了明顯的改善，光致衰降的比率從最初的20%～30%下降到10%～15%左右。非晶硅薄膜太陽電池具有較低的成本、重量輕、弱光響應(yīng)好、高溫性能好和充電效率高等特點。非晶硅薄膜太陽電池組件見圖4。

圖3 單晶硅、多晶硅太陽電池組件外形

圖4 非晶硅薄膜太陽電池組件

2 項目概況

上海虹橋站光伏發(fā)電項目總裝機容量為6.688 MW，2010年并網(wǎng)時是世界上規(guī)模最大的光伏建筑一體化(BIPV)項目。項目光伏組件安裝總面積約為4.5萬m2，分別在京滬高鐵虹橋站南北雨棚上安裝效率超過14%的多晶硅電池組件，主要采用規(guī)格為1 956×992(功率280 Wp，效率14.4%)的商用多晶硅光伏組件共計23 885塊。通過96臺匯流箱引入A，B，C，D四個配備500 kW逆變器各3臺的逆變器室，經(jīng)過8臺干式非晶合晶變壓器升壓至10 kV后并入電網(wǎng)。項目設(shè)計年發(fā)電量約630萬kW·h，建成年節(jié)約標煤2 274 t。該項目已于2010年6月28日成功并網(wǎng)發(fā)電。

天津西站光伏發(fā)電項目總裝機容量為1.883 84 MW，是天津市已經(jīng)并網(wǎng)發(fā)電單體建筑上最大的光伏建筑一體化(BIPV)工程。項目光伏組件安裝總面積約為3.7萬m2，分別在京滬高鐵天津西站東西兩側(cè)無站臺柱區(qū)雨棚頂部安裝雙層浮法夾膠玻璃封裝方式非晶硅電池組件32 952塊，柔性非晶硅薄膜電池組件4 160塊。通過76臺匯流箱引入，然后通過并網(wǎng)逆變器將引入的直流電轉(zhuǎn)化成380 V的與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波電流，再經(jīng)過變壓器升壓至10 kV后并入電網(wǎng)。項目設(shè)計年發(fā)電量約為233.47萬kW·h，建成年節(jié)約標煤809 t。該項目已于2012年9月15日成功并網(wǎng)發(fā)電。

3 太陽能電池技術(shù)性能

3.1 常用的太陽電池技術(shù)性能比較

幾種常用的太陽電池技術(shù)性能比較見表1。

表1 幾種常用的太陽電池技術(shù)性能

從表1的比較結(jié)果可以看出:1)商業(yè)化使用的太陽電池組件中，單晶硅組件轉(zhuǎn)換效率是最高的，多晶硅稍低于單晶硅，但兩者的轉(zhuǎn)換效率相差不大。2)非晶硅組件電池透光度為5%～75%，當然，隨著透光性的增加，光伏電池的轉(zhuǎn)化效率會隨著下降，運用到建筑上的最理想的透光度為25%。3)晶體硅太陽能電池組件技術(shù)成熟，產(chǎn)品的性能穩(wěn)定，且使用壽命長。在實際使用過程中，晶體硅電池組件故障率極低，運行維護也最為簡單。

3.2 鐵路客站項目對太陽能電池性能要求

鐵路安全生產(chǎn)是一個重要環(huán)節(jié)，鐵路客站基本是24 h不停歇作業(yè)，這就使得鐵路客站具有其特殊性。上海虹橋站和天津西站的太陽能電池組件均安裝在無柱站臺雨棚上。不僅要經(jīng)受住正常季節(jié)更替過程中所產(chǎn)生的凍脹，還要經(jīng)受得起火車在行駛過程中所產(chǎn)生的震動效應(yīng)。在兩個項目的后期監(jiān)測過程中，晶體硅的損壞率明顯小于非晶硅玻璃組件的損壞率。

在維修保養(yǎng)過程中，鐵路客站必須采取天窗作業(yè)，以保證列車的安全運行。所以在鐵路客站的光伏太陽能發(fā)電工程中，光伏組件的維修保養(yǎng)工作相比較于其他光伏太陽能項目的難度要更大些。在光伏組件的選用上，損壞率較小的晶體硅光伏組件的優(yōu)勢性就更為凸顯。在鐵路客站太陽能發(fā)電項目中，選用損壞率較小的晶體硅光伏組件，不但可以減少維修保養(yǎng)的次數(shù);在同樣的條件下，發(fā)電效率也高于非晶硅光伏組件;且以目前的價格來看，晶硅電池組件的性價比最高。

4 結(jié)語

晶體硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池都有其各自的特點與適用性。針對上海虹橋鐵路客站太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電工程和天津西站太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電工程中，兩個項目選用不同類型的太陽能電池進行比對，取得了寶貴的經(jīng)驗，為以后的鐵路光伏并網(wǎng)發(fā)電項目中太陽能電池選型提供借鑒。

隨著太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷成熟，光伏發(fā)電產(chǎn)品的成本不斷地降低，國家政策的傾斜和扶持，未來的太陽能并網(wǎng)發(fā)電工程的前景也將更加廣闊。

［1］ 許偉民，何湘鄂，趙紅兵，等.太陽能電池的原理及種類［J］.發(fā)電設(shè)備，2011(25):137-140.

［2］ 吳鎮(zhèn)德，李水生.論太陽能電池片(晶體硅、非晶硅)在建筑幕墻上的發(fā)展趨勢［J］.中外建筑，2010(16):196-198.

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