針對西北地區不同光伏組件發電效率的對比研究

張云鵬 張冰 萬磊

(酒泉職業技術學院,甘肅酒泉 735000)

針對西北地區不同光伏組件發電效率的對比研究

張云鵬 張冰 萬磊

(酒泉職業技術學院,甘肅酒泉 735000)

本文以酒泉職業技術學院2.1MW并網光伏電站為例,深入研究了不同材料光伏組件及同一材料光伏組件在不同跟蹤方式下,排除系統故障及維護時間,季節更替、天氣轉變、溫度變化等因素對組件發電效率產生的影響,通過大量實測數據的對比和分析,歸納出了不同光伏組件的輸出功率的變化規律,并針對西北地區氣候特征,給出適宜安裝的光伏組件。

光伏組件 發電效率 組件選型

1 引言

隨著能源供應緊張、環境污染和氣候變化等問題的日趨嚴重,光伏發電作為最具可持續發展理想特征的清潔能源,正越來越受到全世界的普遍高度關注。

至今,全球太陽能電池生產規模仍保持增長勢頭。2013年,晶硅電池占市場主導地位,其產量約占光伏電池總產量的90%:而其中多晶硅太陽能電池約占68%,單晶硅太陽能電池約占22%,如圖1所示。薄膜太陽能電池產量約占總產量的10．8%,聚光電池約為100MW,幾乎不占有市場份額。

圖1 不同類型太陽能電池產量比例

大部分企業生產的光伏組件產品參數往往來源于實驗室測試數據或理論數據,但實際環境中,日照強度、外部環境溫度、風力、沙塵和光伏發電系統各個部件的運行性能等方面都會影響光伏發電系統的實際發電量。確定不同類型光伏組件最適宜的發電環境,從而選用更合適的光伏組件來增加發電量是提高經濟效益的一個重要手段。本論文針對西北地區,以酒泉為例,對各光伏發電系統的設計提供可靠的數據分析和相應的建議,對太陽能發電技術在西北地區的推廣具有重要意義。

酒泉市是太陽能資源相對豐富的地區之一,太陽能總輻射量在5800至6400兆焦/平方米之間,年日照時數在2800至3300小時之間,可用于開發光伏發電項目的荒漠土地面積約為5萬平方千米,儲量約為20億千瓦。

現選取酒泉職業技術學院2．1MW并網光伏電站六種不同型式的光伏發電系統進行對比分析。

2 并網光伏電站發電系統

酒泉職業技術學院2．1MW并網光伏電站是酒泉職業技術學院集產、學、研、訓為一體的光伏發電實訓中心,從2011年12月31日建成投產至2012年12月31日,通過對該電站各光伏系統運行狀況的追蹤監測,取得了一系列具有代表性的數據。

該電站建設有六種型式的光伏發電系統,所用組件分別為固定式多晶硅組件(組件容量1．5MW)、固定式非晶薄膜組件(組件容量0．1MW)、雙軸跟蹤多晶硅組件(組件容量0．1MW)、平單軸跟蹤多晶硅組件(組件容量0．1MW)、斜單軸跟蹤多晶硅組件(組件容量0．1MW)、高倍聚光砷化鎵組件(組件容量0．1MW)等。為便于分析比較,將固定式多晶硅組件系統有三個單元,0．5MW構成一個單元,其他五個類型構成五個單元,容量均為0．1MW。所用組件尺寸規格見表1。

圖2 不同材料光伏組件全年發電量對比

圖3 不同材料光伏組件日發電量對比

表1 各種電池組件規格及跟蹤方式

圖4 同一組件不同跟蹤方式全年發電量對比

圖5 同一材料光伏組件日發電量對比

3 數據分析

光伏組件作為發電系統的核心部件,不同材料光伏組件因其基體結構的不同,在性能上也表現出較大差異。因此,研究光伏組件選型可進一步優化光伏系統設計,達到降低成本的目的。

3.1 不同材料光伏組件發電效率對比分析

由圖2可知:溫度對不同光伏組件發電量均有影響,5月光伏組件發電量最大,而后因溫度升高,發電量有所下降。相對而言,溫度對砷化鎵電池的影響更大。

相同功率的組件,非晶硅薄膜光伏組件比多晶硅光伏組件發電量低約6．2%,高倍聚光砷化鎵組件比多晶硅組件發電量低約36．9%。

由圖3可知:同一月份不同光伏組件發電量受陰雨天氣影響,發電量均有所下降,但其中高倍聚光砷化鎵組件所受影響更為嚴重,晶硅電池次之,非晶薄膜組件因對光的吸收范圍較大,所受影響最小。

3.2 同一組件不同跟蹤方式發電效率對比分析

由圖4可知,同為多晶硅電池組件,固定式多晶硅組件比平單軸式多晶硅組件發電量約低9．9%,比斜單軸式多晶硅組件發電量約低4．7%,比雙軸跟蹤式多晶硅組件發電量約低19．3%。

由圖5可知,同一月份相同材料光伏組件雖跟蹤方式不同,但受天氣影響導致發電量下降的程度幾乎一致。

4 結語

(1)同為1000W峰值功率的光伏組件,多晶硅光伏組件面積約為7．3m2,而非晶硅薄膜組件面積約為10．8m2。在最佳傾角一致的情況下,非晶薄膜受光照陰影面積更大,導致光伏陣列間距增大,會占用更多的面積面積。而且在組件成本上非晶薄膜光伏組件略有優勢,但因產量較低,出售價格較高等因素,導致在光伏電站建設成本上毫無優勢。

(2)在不考慮其追日系統耗電量、機械損耗、人工成本等條件下,高倍聚光砷化鎵組件受溫度及天氣等因素影響較大,且發電效率最低。

(3)多晶硅組件發電效率較為穩定,受天氣影響程度適中,且占地面積較小。

(4)使用跟蹤系統可以提高發電量,按照光伏電站上網電價1．15元計算,每年每千瓦雙軸跟蹤多晶硅組件比固定式多晶硅組件多1700元左右,但和光伏電站運行增加的人工成本、維修維護成本以及跟蹤系統損耗等因素相比,并無任何優勢。

(5)通過研究不同材料光伏組件及同一材料光伏組件在不同跟蹤方式下,在不同溫度、天氣條件下的發電性能發現,相對非晶薄膜組件及高倍聚光砷化鎵組件而言,晶體硅組件更適宜在西北地區安裝。而考慮到組件成本,固定式晶體硅組件仍然是在西北地區建設光伏電站的主流電池組件。

[1]李俊峰,王斯成,王勃華,高虎,王霽雪,唐文倩,王世江,彭澎,耿丹,江華,李丹,余雪松.中國光伏發展報告[R],2013,04.

[2]李鐘實.太陽能光伏發電系統設計施工與應用[M].北京:人民郵電出版社,2012-08-31.

[3]楊金煥.太陽能光伏發電應用技術[M].北京:電子工業出版社,2009,01.

張云鵬(1987—),男,本科,研究方向:光伏發電。