2022年非晶硅与晶硅太阳电池在太阳能光伏发电应用中热性能研究报告文库 .pdf
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1、个人资料整理仅限学习使用非晶硅与晶硅太阳电池在太阳能光伏发电应用中热性能的研究文库.txt铁饭碗的真实含义不是在一个地方吃一辈子饭，而是一辈子到哪儿都有饭吃。就算是一坨屎，也有遇见屎壳郎的那天。所以你大可不必为今天的自己有太多担忧。本文由 mzx699贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第卷第期年月太阳能学报， 非晶硅与晶硅太阳电池在太阳能光伏发电应用中热性能的研究于元，夏立辉，张志文 北京市太阳能研究所有限公司，北京）摘要：对在北京地区屋面上固定角度安装目前光伏发电应用中最常见的安装形式）的非晶硅和多晶硅太阳电池组件进行了近二年的数据采集
2、，纪录了北京地区温度数据和太阳电池阵列的实际发电量，分析了它们各自的特点，为用户更为关心的户外使用情况提供了参考依据；认为如果仅从温度特性考虑，是否采用非晶硅替代晶体硅电池在不同地区应有不同考虑，如果再考虑到人们普遍认为的非晶硅电池没有解决的稳定性问题，表面玻璃的非钢 化、效率低等其它问题，非晶硅的使用应慎重，不应盲从。同时在使用中不论何种电池都不应忽视组件的通风问题。关键词：光伏发电；非晶硅太阳电池；多晶硅太阳电池；热性能中图分类号：粥文献标识码：引言短路电流及填充因子的强衰减的特点根据分析，这种现象主要发生在使用的前几个月），为了更好地排除非晶硅前期衰减的影响，文中所有分析数据均来自年月份
3、以后。地理位置及安装角度北纬：”；东经：秒；海拔：；电池组件安装角度：。；电池组件朝向：正南系统构成及标准条件下测量参数）非晶硅电池组件参数，如表。表组件规格参数仉曲 撕在世界范围内，由于晶体硅材料的来源紧缺，虽然太阳能光伏发电作为可再生能源的应用前景广阔，但在实际应用中还存在诸多瓶颈和没有完全解决的问题，为了解决此问题，并进一步降低太阳能利用的成本，人们提出了利用非晶体硅的特点替代晶体硅电池，但这只是一些理论上的分析，对用户而言，是否能达到较佳的性价比就需要对实际应用中的情况作详细测量和分析，了解真实的投入与产出；对这一系列问题的了解都需要一个有实用价值的评估。基于此目的，我们对非晶电池和晶
4、体硅电池的发电量进行了户外监测和分析。我们的结果只是针对北京地区的情况，其它地区的情况是否相同，还有待进一步研究。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 43 页个人资料整理仅限学习使用系统构成及安装信息为了分析及比对非晶体硅和晶体硅太阳电池在实际应用中的情况，使系统的测试数据更具有说服力，我们在中科院半导体所的屋顶上分别安装了的非晶硅及多晶硅两套系统。系统投入使用时间为年初，根据非晶硅电池早期在阳光的照射下，其无序晶格中复合现象会越来越严重，从而导致收稿日期：躬奶产品型号天嚣霎翟淼司开路电压，短路电流，。，最大功率点电压，最大
5、功率标称值，测试条件，】，连接方式：共使用非晶组件块，标称功率。块串联，组并联。通讯作者：于元一），女，高级工程师，主要从事太阳能光伏方面的研究。”聊万方数据期于元等：非晶硅与晶硅太阳电池在太阳能光伏发电应用中热性能的研究）多晶硅电池组件参数，如表。表组件规格参数）时时发电量随时间变化中时时发电量如图所示。产品型号开路电压，短路电流，击璐瑚捌争口上海太阳能科技有限公司寨蒜斐量篇庐墨一时刻非晶多晶时时发电量一最大功率点电压，最大功率标称值厢测试条件士，卉，连接方式：共使用多晶组件块，标称功率。块串联，组并联。）与网络连接方式图非晶硅，多晶硅时时发电量并网连接，使用台并网逆变器。）系统连接框图，如
6、图。非晶硅组件卜叫并网逆变器电 数据记录仪网 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 43 页个人资料整理仅限学习使用咖锄一曲咖可咖吐即朗日：帆五）全年发电量统计值如表所示。表发电量统计萨多晶硅组件卜叫并网逆变器图系统连接框图心脚圮锄蒯测试方法及数据分析测试方法采用具有最大功率点跟踪的并网逆变器，同时记录下每个阵列一天的交流输出量；采用具有最大功率点跟踪的并网逆变器，每天定时纪录下各个阵列的时时交流输出量。测试数据及分析）中发电量之比为了便于分析比较，数据处理为每【的发电量值。的测试数据如图所示，图中实线为发电量之比随时间的变化
7、趋势。非晶多晶发电量之比杈 制 喀磐抵丑胛垲嘲暑脚以上数据归一为每）数据分析根据文献，当入射能量大于或等于禁带宽度的光子入射到具有结的半导体材料时，会产生电子空穴对，在内建电场的作用下，它们会产生电动势，从而输出电流。太阳电池在任意时刻的输出日期 年）辑撼旨培坩功率为太阳电池的转换效率与投射在太阳电池表面太阳辐射总能量的乘积：。，。缸 ）图非晶硅多晶硅发电量比啪曲讪咖“曲啪万方数据太阳能学报卷肝，。比石茹 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 43 页个人资料整理仅限学习使用由于上述值随温度的变化由多重相互关联的因素制约，因此
8、目前分析上常以测量值做为依据分析这种变化，测量得到的晶体硅电池开路电压变化范围在一。一，而非晶硅电池的开路电压变化范围在一，嵋。我们所测量光伏组件的厂家给出的参数：非晶硅电池组件输出功率的温度系数为一，晶式中，刁太阳电池的转换效率；亿电池的工作点电压；，。电池的工作点电流；开路单位面积入射光功；总面积。从式 ）和式 ）可知，对太阳电池组件输出的影响主要是由于太阳电池效率所产生的影响，而影电压；短路电流；卜填充因子；响效率的主要因素是开路电压、短路电流及填充因子。根据半导体物理理论【】，决定太阳电池输出的体硅输出功率的温度系数为一，这样根据北京地区的气象条件及我们对温度的纪录，计算出中各种不同温
9、度下每电池组件的发电量之比如图中实线，根据表整理的测量数据为图中虚线。值一个重要参数是温度系数。从根本上讲，填充因子、开路电压、短路电流随温度）的变化都是由于半导体材料的特性随着温度而变化。这种变化取决于本征载流子浓度、扩散长度和吸收系数，其中，太阳电池基区中少数载流子迁移率，是由按一抛率变化的晶格散射和按一严律变化的离子化散射共同决定的。基区中的迁移率多少随温度的升高而降低；寿命通过热运动速度按律变化）和俘获截面而为温度的函数，它随温度的提高而升高几倍，迁移率和寿命的这些变化使得扩散长度随温度的升高日期而提高，从而增加长波光谱响应，导致光电流随温度的升高稍有升高。本征载流子浓度；）在开路电压
10、方面起很大作用，开路电压随温度的上升而下降，这主要是由于本征载流子随暗电流的升高而剧烈增加。暗电流通常包括注入电流及耗尽区复合电流。注入电流图非晶硅，多晶硅，发电量比值响俩叩盯础咖叫咖由图可以看出，无论是根据计算得到的数值，还是实际测量得到的数值，对于北京地区这样的气象状况，发电量随季节变化即温度变化）在变化，从月份月份非晶硅的发电量要大于单晶硅，月份一月份则反之。固定角度安装的太阳电池，非晶硅电池和单晶硅电池的发电量基本相同，计算上晶体硅电池比非晶硅电池高，测试上非晶硅电池比晶体硅电池高。这种不同可能是由于它们对弱光的响应不同所引起。，按几；一庐。后）率变化，耗尽区复合电流，瑁按伍冲一庐。后
11、）率变化。填充因子也随温度的增加而降低，这是由于较低的开路电压会使伏安特性曲线在弯曲精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 43 页个人资料整理仅限学习使用处的“圆度”增加。由于开路电压和填充因子随温度升高而下降已部分地被短路电流的提高抵消，所以效率及输出功结论在多晶硅与非晶硅实际发电量的对比分析中，我们采用了电性能经过衰减的稳定输出太阳电池组件进行数据采集，在同样气候条件下采集了的数据，经过分析比较，得出以下结论：）非晶硅电池和晶体硅电池的输出功率都随温度发生季节性变化及日变化；）在温度较高的时间段，非晶硅的发电量要高 于晶体
12、硅电池；但在温度较低的时间段，晶体硅的发电量要大于非晶硅；率随温度升高而降低，但变化范围略小于开路电压的变化。通过上述理论可知，太阳电池在实际应用中的输出功率和温度有密切关系，不同地区的温度不同导致他们的输出和标称值有很大差别。鉴于上述原因，为了规范各种太阳电池的特性，眄规定，太阳电池组件的标称功率标准测试条件之一为。万方数据期于元等：非晶硅与晶硅太阳电池在太阳能光伏发电应用中热性能的研究）仅从温度考虑是否采用非晶硅替代晶体硅电池在不同地区应有不同考虑，尤其是在北方地区。如果再考虑到人们普遍认为的非晶硅电池没有解决的稳定性问题，表面玻璃的非钢化、效率低等其他问题，其应用应慎重；参考文献吴瑞华，
13、耿新华非晶硅太阳电池述评太阳能学报，特刊：一王长贵，王斯成太阳能光伏发电实用技术北京：化学工业出版社，删太阳电池半导体和半金属丛书十一卷北京：四机部第六研究所，黄昆，韩汝琦半导体物理基础北京：科学出版社，地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型）应对各种材料制成的电池温度特性做深入的研究，给出不同地区不同季节的参考值，便于设计人员和用户对此有一个参考。真正发挥非晶硅电池的特长；）在使用过程中，要注意组件的通风条件，有条件时，应选择通风条件较好的位置。在作为玻璃幕墙使用时，一定要考虑到结构的设计，留有通风口。咿【瓜眦。陀州 脚艋￥唧，砌如白删，蜥，踟）删：而唱精选学习资料 - - - - - - -
14、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 43 页个人资料整理仅限学习使用趾，咖肌咖打，山本文由yudong0611 贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。维普资讯 http:/ 第卷第期太阳能学报 ，年月 文 章 编 号 ：） ，非 晶 硅 与 晶 硅 太 阳 电池在 太 阳 能 光 伏 发 电应 用 中热性 能 的研究于元，夏立辉， 张志文 京 市 太 阳 能研究所有 限公司 ， ）北京 摘要 ：对在北京地区屋面上固定角度安装 目前光伏发电应用 中最常见的安装形式）的非晶硅和多晶硅太阳电池组件进行了近二年的数据采集，
15、 纪录了北京地区温度数据和太阳 电池阵列的实际发电量， 析 了它们各 自的特分 点，为用户更为关心的户外使用情况提供了参考依据； 为如果仅从温度特性考虑， 否采用非晶硅替代晶体硅电认 是池在不同地区应有不同考虑， 如果再考虑到人们普遍认为 的非晶硅电池没有解决的稳定性 问题， 面玻璃 的非钢表化、效率低等其它问题，晶硅的使用应慎重 ， 非 不应盲从。同时在使用中不论何种 电池都不应忽视组件的通风问题。关键词：光伏发电； 晶硅太阳电池； 非 多晶硅太阳电池； 热性能中图分类号： 文献标识码： 引言短路电流及填充因子的强衰减 的特点 根据分 析 ， 这种现象主要发生 在使用 的前几个月 ），了更好
16、地 为 在世界范围内， 由于晶体硅材 料的来源 紧 缺 ，虽排除非晶硅前 期精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 43 页个人资料整理仅限学习使用衰减的影响 ， 中所有 分析 数 据均文 然太阳能光伏发电作为可再生能源的应用前景广阔 ， 来 自 年 月份以后。但在实际应用 中还存在诸多瓶颈和没有完 全解决的 地理位置及安装角度问题 ，了解决此问题， 进一步 降低太 阳能利用 的为 并 北纬 ： ； 成本， 人们提出了利用非晶体硅 的特点替代 晶体硅电池，但这只是一些理论上 的分析， 对用户而言 ， 是否能东 经 ： ” ；海拔
17、： ；达到较佳的性价 比就需 要对实 际应用 中 的情况作详细测量和分析 ，了解真实 的投入与 产 出； 这 一系列对 目的， 我们对非晶电池和晶体硅电池的发电量进行了户外监测和分析 。我们的结果 只 是针对北京 地 区 的情况， 其它地区的情况是否相 同 ， 还有待进一步研究。电池组 件安装角度：；。电池组件朝向 ： 正南问题的了解都 需要一 个 有实用价值 的评估 。基于此 系统构成及标准条件下测量参数 非晶硅电池组件参数 ， ） 如表。表 组件规格参数 产 品 型 号天 津 ） 司 系统构成 及 安装 信 息为 了分析及 比对非晶体硅和 晶体 硅 太 阳 电池在开 路 电压短路电流， 实
18、际应用中的情况， 使系统的测试数据更具有说服力 ， 们 在 中 科 院半导 体 所 的 屋 顶 上 分 别 安 装 了我 的非晶硅及多 晶硅两套系统。系统投入使 用 时 间为年初， 根据非 晶硅 电池早 期 在 阳光的照射最大功率点电压 最大功率标称值 测 试 条 件 ， ， 连 接方式： 使 用非 晶组件 共 块， 称 功 率标下，其无序晶格中复合现象会越来越 严 重 ， 而导致 。串联 ， 并联。 从 块 组收稿 日期：通 讯 作 者 ：于元 ）女， 级工 程 师 ， 一， 高主要 从 事太阳能光 伏 方 面 的研究 。 维普资讯 http:/ 期精选学习资料 - - - - - - -
19、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 43 页个人资料整理仅限学习使用于元等： 晶硅与晶硅太阳电池在太阳能光伏发电应用 中热性能的研究非 多 晶硅电池组件参数 ， 表 ） 如 。表 组 件 规格参 数 产 品型号开 路 电 压， 短 路 电 流，上海太阳能科技有限公司 最大功率点电压， 最大功率标称值 ，测试条件时 刻一 ， ， 连接方式： 使用多晶组件 共块，标称功 率。块 串联 ， 组并联 。 与 网络连接 方式）并网连接 ， 用 台并 网逆变器 。 使 系统连接框图 ， 图） 如 。非晶硅组件卜 并网逆变器叫数 据 记 录 仪电网 图 非晶硅，晶硅时时发电量多
20、全年发电量统计值 ）如 表 所示。表 发 电量统 计 多晶硅组件卜 并网叫 逆变器图 系 统 连 接 框 图 测试方 法及数 据 分 析 测试方 法 采用具有最大功率点跟踪的并网逆变器，同时记录下每个阵列一天的交流输出量； 采用具有最大功率点跟踪的并网逆变器 ， 每天定时纪录下各个 阵列的 时时交流 输 出量。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 43 页个人资料整理仅限学习使用 测试数据 及分 析 中发电量之 比）为 了便于分 析 比较， 据 处 理 为 每 的发 电数 量值。的测试 数 据 如 图 所示 ， 中实线 为 发
21、 电图 量之比随时间 的变化趋 势 。非 晶晶 发 电量之 比多以上数 据 归 一 为 每 咯粤胛 数据分 析）删喀根据文献当入射 能量 大 于 或 等 于禁带 宽度，莹蜡的光子入射到具有结的半导体材料时， 会产生电子一 穴对， 内建电 场的作用 下 ，空 在 它们会 产 生 电动势，而 输 出 电 流 。太阳 电池 在 任 意 时 刻 的输出从日期 年）功率为 太 阳 电池的转换效 率 与投射 在太阳 电池表 面太 阳辐射 总能量 的乘积 ： ） 图 非晶硅，晶硅发电量比多 维普资讯 http:/ 太阳能学报 卷素制约， 因此目前分 析上 常 以测量 值做为依据 分 析式中， 叼太阳电池的转
22、换效率； 电池的工这 种变化， 量得 到 的 晶体硅 电池 开 路 电压变化范测 围在 一一 ， 而非晶硅电池的开路电压作点电压；电池的工作点电流；开路电压；，短路电 流；填充因子 ； 变化范 围在一。 我们所测量光 伏 组件 的厂家 给 出 的参数： 晶非 单 位 面积入射光功 ；总 面积。从 式 ） 和式 ） 知 ， 太 阳 电 池 组件输 出 的可对 影响主要是由于太阳电池效 率所产 生的影响，影而响效率 的主要因素是开路电压 、 路 电流及 填 充 因短 子 。根据半导体物理理论口 决定 太 阳 电池输 出的，一精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -
23、 - - - -第 9 页，共 43 页个人资料整理仅限学习使用】 ） 由于上述值随温度的变化 由多重相互关 联 的 因硅 电池组件输 出功 率 的温度 系 数 为 一晶 ，体硅输出功率的温度 系数为 一二这样根据。 ， 【 北京地 区 的气象 条 件及我 们 对 温 度 的纪录 ， 计算出 中各种 不 同温度下每 电池组件的发电量之 比线。值根 个重要参数是温度系数。从根本上讲， 填充因子、 如图 中实线， 据 表整理的测量 数 据 为 图 中虚开路电压、路 电 流 随 温 度 ） 短的变化都 是 由于半导体材料的特性随着温度而变化 。这种变 化取决 于本征载流子浓度 、 散 长 度 和吸
24、收 系数， 中 ， 阳扩 其 太 电池 基 区 中少数载流子迁 移率， 由按是的晶格散射和按 率变化律 变 化 的离 子 化 散 射 共 同律变化） 和俘获 截决定的。基区 中 的 迁 移 率 多 少 随 温 度 的升高 而 降低；寿命通过热 运 动 速 度 按面而为温度的 函数， 随温 度的提高而升高 几倍， 它 迁日期移 率 和寿命的这些变化使得扩散 长度随温度的升高而提高，从而增加长波光谱响应， 导致光电流随温度的升高稍有升高。图 非晶硅多晶硅发 电量比值 本征载流子浓度 ；在开路 电压方 面起 很 大作）用，开路电压随温度的上升而下降， 主要是 由于本这 征载流子随暗电流的升高而剧烈增
25、加 。暗电 流通常包括注入电流 及 耗 尽 区复合 电 流 。注入 电流， 按 率 变 化 ， 尽 区复合 电流，； 一 ）耗 按 一 ） ，； 率变化 。由图可以看出 ，论 是根据计算 得 到的数值 ，无还是实 际测量得 到 的 数值， 于北京 地 区这样 的 气对象状况 ， 电量随季 节变化 发 即温度变 化 ） 在变化 ， 从 份 月 月份非 晶硅的发电量要 大 于单晶硅，月份 月份 则 反 之 。 固定角 度 安 装 的太阳 电 池 ，非晶硅电池和单晶硅电池的发电量基本相同，计算上 晶体硅 电池比非晶硅电池高 ， 测试上非晶硅填充因子也随温度的增加而降低， 这是由于较电池比晶体硅 电池
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