針對西北地區(qū)不同光伏組件發(fā)電效率的對比研究

張?jiān)迄i 張冰 萬磊

(酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅酒泉 735000)

針對西北地區(qū)不同光伏組件發(fā)電效率的對比研究

張?jiān)迄i 張冰 萬磊

(酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅酒泉 735000)

本文以酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院2.1MW并網(wǎng)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(tǒng)故障及維護(hù)時(shí)間,季節(jié)更替、天氣轉(zhuǎn)變、溫度變化等因素對組件發(fā)電效率產(chǎn)生的影響,通過大量實(shí)測數(shù)據(jù)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(guī)律,并針對西北地區(qū)氣候特征,給出適宜安裝的光伏組件。

光伏組件 發(fā)電效率 組件選型

1 引言

隨著能源供應(yīng)緊張、環(huán)境污染和氣候變化等問題的日趨嚴(yán)重,光伏發(fā)電作為最具可持續(xù)發(fā)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(guān)注。

至今,全球太陽能電池生產(chǎn)規(guī)模仍保持增長勢頭。2013年,晶硅電池占市場主導(dǎo)地位,其產(chǎn)量約占光伏電池總產(chǎn)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(chǎn)量約占總產(chǎn)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(chǎn)量比例

大部分企業(yè)生產(chǎn)的光伏組件產(chǎn)品參數(shù)往往來源于實(shí)驗(yàn)室測試數(shù)據(jù)或理論數(shù)據(jù),但實(shí)際環(huán)境中,日照強(qiáng)度、外部環(huán)境溫度、風(fēng)力、沙塵和光伏發(fā)電系統(tǒng)各個(gè)部件的運(yùn)行性能等方面都會影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)電量。確定不同類型光伏組件最適宜的發(fā)電環(huán)境,從而選用更合適的光伏組件來增加發(fā)電量是提高經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要手段。本論文針對西北地區(qū),以酒泉為例,對各光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)分析和相應(yīng)的建議,對太陽能發(fā)電技術(shù)在西北地區(qū)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(qū)之一,太陽能總輻射量在5800至6400兆焦/平方米之間,年日照時(shí)數(shù)在2800至3300小時(shí)之間,可用于開發(fā)光伏發(fā)電項(xiàng)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(xiàn)選取酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院2．1MW并網(wǎng)光伏電站六種不同型式的光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行對比分析。

2 并網(wǎng)光伏電站發(fā)電系統(tǒng)

酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院2．1MW并網(wǎng)光伏電站是酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院集產(chǎn)、學(xué)、研、訓(xùn)為一體的光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)中心,從2011年12月31日建成投產(chǎn)至2012年12月31日,通過對該電站各光伏系統(tǒng)運(yùn)行狀況的追蹤監(jiān)測,取得了一系列具有代表性的數(shù)據(jù)。

該電站建設(shè)有六種型式的光伏發(fā)電系統(tǒng),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(tǒng)有三個(gè)單元,0．5MW構(gòu)成一個(gè)單元,其他五個(gè)類型構(gòu)成五個(gè)單元,容量均為0．1MW。所用組件尺寸規(guī)格見表1。

圖2 不同材料光伏組件全年發(fā)電量對比

圖3 不同材料光伏組件日發(fā)電量對比

表1 各種電池組件規(guī)格及跟蹤方式

圖4 同一組件不同跟蹤方式全年發(fā)電量對比

圖5 同一材料光伏組件日發(fā)電量對比

3 數(shù)據(jù)分析

光伏組件作為發(fā)電系統(tǒng)的核心部件,不同材料光伏組件因其基體結(jié)構(gòu)的不同,在性能上也表現(xiàn)出較大差異。因此,研究光伏組件選型可進(jìn)一步優(yōu)化光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì),達(dá)到降低成本的目的。

3.1 不同材料光伏組件發(fā)電效率對比分析

由圖2可知:溫度對不同光伏組件發(fā)電量均有影響,5月光伏組件發(fā)電量最大,而后因溫度升高,發(fā)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(fā)電量低約6．2%,高倍聚光砷化鎵組件比多晶硅組件發(fā)電量低約36．9%。

由圖3可知:同一月份不同光伏組件發(fā)電量受陰雨天氣影響,發(fā)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(yán)重,晶硅電池次之,非晶薄膜組件因?qū)獾奈辗秶^大,所受影響最小。

3.2 同一組件不同跟蹤方式發(fā)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(fā)電量約低9．9%,比斜單軸式多晶硅組件發(fā)電量約低4．7%,比雙軸跟蹤式多晶硅組件發(fā)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(dǎo)致發(fā)電量下降的程度幾乎一致。

4 結(jié)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(dǎo)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(yōu)勢,但因產(chǎn)量較低,出售價(jià)格較高等因素,導(dǎo)致在光伏電站建設(shè)成本上毫無優(yōu)勢。

(2)在不考慮其追日系統(tǒng)耗電量、機(jī)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(fā)電效率最低。

(3)多晶硅組件發(fā)電效率較為穩(wěn)定,受天氣影響程度適中,且占地面積較小。

(4)使用跟蹤系統(tǒng)可以提高發(fā)電量,按照光伏電站上網(wǎng)電價(jià)1．15元計(jì)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(yùn)行增加的人工成本、維修維護(hù)成本以及跟蹤系統(tǒng)損耗等因素相比,并無任何優(yōu)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(fā)電性能發(fā)現(xiàn),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(qū)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(qū)建設(shè)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(fā)展報(bào)告[R],2013,04.

[2]李鐘實(shí).太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工與應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2012-08-31.

[3]楊金煥.太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009,01.

張?jiān)迄i(1987—),男,本科,研究方向:光伏發(fā)電。