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ｆ打ｋｗｅｒｉｎｇ ｔｌｌｅ ｃ∞ｔ，山ｅ ａ－Ｓｉ∞ｌａｒ ｃｅｌｌｓ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://www.cqvip.com 第２ ９卷 第８ 期 太 阳 能 学 报
Ｖｏ ． ９． Ｎｏ． １２ ８ Ａｕ ． ２ ０ ｇ，０８ ２０ ０８年 ８月
ＡＣ Ａ ＮＥＲ Ａ Ｓ Ｔ Ｅ ａ Ｅ ＯＬＡＲ Ｓ Ｓ ＮＩ Ｊ Ｉ Ｉ ＣＡ 文 章 编 号 ：Ｏ５ ．ｏ６．ｏ ） ０ ８－４ ２４ｏ９ （ｏ８ ￣．９４０ ７ ， 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 ， Ｅ １０ １） 北 京 ００２ 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 ， 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 ：Ｔ ５ ３ Ｋ １ 文献标识码 ：Ａ ０ 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 ）ｉ， 了更 好地 Ｃ 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 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 ２ ０ ０ ７年 ３ 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 １ １ 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 ：００ ４ ８ ； ４ ｏ０１ ． 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 ： １ｏ０１ ．” １６２ ９ ２； 海拔 ：３ ６ ｍ；
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 ：５； ４。 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 １ ２ 系统构 成及 标准 条件 下测 量参 数 ． １非 晶硅 电池 组件参 数 ， ） 如表 １ 。 表 １ 组件 规格 参数
Ｔａ ｌ Ｓ ｅ ｉ ｃ ｔｏ ｆｍｏ ｕ ｅ ｂｅ１ ｐ ｃｆ ａｉｎ ｏ ｄ ｌ ｉ
产 品 型 号
天 津 ４ ） ３ （５ ８ 司 ６ ０
１ 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 ／ Ｖ 短路 电流 ， ／ Ａ １０ ．
实际应用 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 ３Ｗ 的非 晶硅及 多 晶硅两 套系统 。系统 投入 使 用 时 ｋ 间为 ２０ ０６年初 ， 根据 非 晶硅 电池 早 期 在 阳光 的照 射
最大功率点 电压 ／ ｖ 最大功率标称值 Ｐ ／ ｗ 测 试 条 件
４ ４ ３ ±５ ８ ％
Ａ ． ，０ｍ ｃ ｚ ２ ℃ Ｍ１５ １０ Ｗ／ｍ ， ５ 连 接方式 ： 使 用非 晶组件 ７ 共 ７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 ２ ２ Ｗ。７ 串联 ， １ 并联 。 从 ９６ 块 １组 收 稿 日期 ：２０ －３０ ０８０ －３ 通 讯 作 者 ：于 元 （９Ｏ ）女 ， 级 工 程 师 ， １６一 ， 高 主要 从 事太 阳能 光 伏 方 面 的研 究 。ｙｙａ２ ０ ＠ １３ ｃｍ ｕｕｎ０２ ６ ．ｏ
维普资讯 http://www.cqvip.com ８ 期 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 ９５ ８
２ 多 晶硅 电池组 件参 数 ， 表 ２ ） 如 。 表 ２ 组 件 规格 参 数
Ｔ ｂ ｅ２ Ｓ ｅ ｉｃ ｔ ｎ ｆｍｏ ｕ ｅ ａ ｌ ｐ ｃｆ ａｉ ｓｏ ｉ ｏ ｄ ｌ
产 品型号
开 路 电 压 ， Ｖ 短 路 电 流 ， Ａ ｓ７ Ｄ －５ Ｊ
上海 太阳能科技有 限公司
２１． ５ ５． ０ｏ １ ５ ７． ７５± ５％ 最大 功率 点电压 ， Ｖ 最大功率标称值 Ｐ ， ｗ 测试条件 ｆ 时 刻 一
Ａ ． ，０ｍ ｃ ， ５ Ｍ１５ １０ Ｗ／￣ ２ ℃
连接 方式 ： 使 用多 晶组 件 ４ 共 ０块 ， 标称 功 率 ３０ Ｗ。２ 块 串联 ， ００ ０ ２组并 联 。 ３ 与 网络 连接 方式 ）
并 网连 接 ， 用 ２台 ３Ｗ 并 网逆变 器 。 使 ｋ ４ 系统连 接框 图 ， 图 １ ） 如 。
非晶硅组件 卜 并网逆变器 叫 数 据 记 录 仪 电 网 ２０ ２ Ｖ
图 ３ 非晶硅， 晶硅 时时发 电量 多
Ｆｉ ３ Ｇｅｎ ｒ ｔ ｎ ｒ ｔ ｆａ ｓｌ ｏ ｎ ｇ． ｅ ａ ｏ ａｉ ｏ － ｉｃ ｎ ａ ｄ ｉ ｏ ｉ
ｐ ｌ－ ｉｃ ｎ ａ ｎ ｍ ｅ ｔ ｏｙ ｓｌ ｏ ｔａ ｙ ｍｏ ｎ ｉ ３ 全年发 电量统计值 ＊ ） 如 表 ３所示 。 表 ３ 发 电量 统 计
Ｔ ｂ ｅ ３ Ｓａ ｉ ｉａ ｅ ｅａ ｉｎ ａ ｌ ｔｔ ｔ ｌｇ ｎ ｒｔ ｓｃ ｏ
多晶 硅组件 卜 并网 叫 逆变器 图 １ 系 统 连 接 框 图
Ｆ ｇ １ Ｓ ｈ ｍｅ ｏ ｓ ｍ ｏ ｎ ｃｉｎ ｉ ． ｃ ｅ ｆｓ ｔ ｃ ｎ ｅ ｔ ｙｅ ｏ
２ 测试 方 法及 数 据 分 析 ２ １ 测试 方 法 ．
① 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 ； ② 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 。 ２ ２ 测试数 据 及分 析 ．
１ １ 中发 电量 之 比 ）ａ 为 了便 于分 析 比较 ， 据 处 理 为 每 ｌ Ｗ 的发 电 数 ｋ
量值 。１ ａ的测 试 数 据 如 图 ２所 示 ， 中实 线 为 发 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 ｋ Ｗ 咯ｊ 粤 胛
４ 数据 分 析 ） 删 喀
根据 文献 ［］ 当入 射 能量 大 于 或 等 于禁 带 宽度 ２， 莹 蜡
的光子入射到具有 ＰＮ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 （ ０ ２ ７年） ０
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 ：
Ｐ ｔ ×Ｉ ＝ ×Ｐ ＝ ｍ ｉ （） １ 图 ２ 非晶硅， 晶硅发 电量 比 多
Ｆ ｇ ２ Ｇ ｎ ｒｔ ｎ ｒｔ ｆａ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏｙ ｓ ｉ ｎ ｉ ． ｅ ｅ ａｉ ａｉ ｏ ｏｉ ｃ ｎ ａ ｄ ｐ ｌ－ｉ ｃ ｏ ｏ ｌ ｌｏ 维普资讯 http://www.cqvip.com 太 阳 能 学 报
２ 卷 ９
素制约 ， 因此 目前 分 析上 常 以测 量 值做 为依 据 分 析 式中 ， 叼——太阳电池的转换效率 ； Ｖ —— 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 一２２～一２ ５ Ｖ ℃ ， ． ．ｍ ／ 而非 晶硅 电池 的开 路 电压 作 点 电压 ；ｍ Ｉ—— 电池 的工 作 点 电流 ； —— 开 路 ．～１３ Ｖ ℃＿ Ｊ 电压 ； ，—— 短 路 电 流 ； —— 填 充 因 子 ； ｉ — 变化 范 围在 一１０ ．ｍ ／ ２。 Ｐ — 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 ； Ａ—— 总 面积 。 从 式 （） １和式 （ ） 知 ， 太 阳 电 池 组件 输 出 的 ２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
】 ７ — ＝ ＿
（） ２
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 一０１％／ 晶 ．９ ￣ Ｃ， 体硅输 出功率 的温 度 系数 为 一０４ ％／二这 样根 据 ．５ 。 ， 【 北京 地 区 的气 象
条 件及 我 们 对 温 度 的纪 录 ， 计算 出
１ ａ中各 种 不 同温度 下每 ｋ 电池 组件 的发 电量 之 比 Ｗ 线。 值
根 个重要参数是温度系数。从根本上讲 ， 填充因子 、 如 图 ４中实 线 ， 据 表 ３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 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 Ⅳ 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 ４ 非晶硅／ 多晶硅／Ｗ 发 电量 比值 ｋ
Ｆｇ ４ Ｇ ｎ ｒｔ ｎ ｒｔ ｆｐ ｒｋ －ｉｃ ｎ ａ ｄ ｐ ｌ—ｉ ｃ ｎ ｉ ． ｅ ｅａｉ ａ ｏｏ ｅ Ｗ ａ ｓ ｉｏ ｎ ｏｙ ｓ ｉｏ ｏ ｉ ｌ ｌ
本征载 流子 浓度 （ ；在开 路 电压 方 面起 很 大作 ｎ） 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 加 。暗 电 流通 常
包括 注入 电流 Ｉ 及 耗 尽 区复 合 电 流 Ｉ 。注 入 电流 ， ， Ｉ 按 ｎ ｃ ｘ （ Ｅ Ｉ Ｔ 率 变 化 ， 尽 区复 合 电流 ， ； ｉ ｐ 一ｑ ｋ ） ｏｅ 耗 Ｉ 按 ｎ ｏｅｐ 一ｑ ｋ ） ， ；ｃｘ （ Ｅ ／ Ｔ 率变 化 。 ２ 由图 ４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 ４ 份 ～１ 月 ０月份 非 晶硅 的发 电量 要 大 于单 晶硅 ，１ １ 月份 ～ ３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 １５ ， ．％ 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 高 １８ 。这 种 不 同可 能是 由于 ．％ 低 的开路 电压 会使 伏安 特性 曲线 在弯 曲处 的 “ 圆度” 它 们对 弱光 的响应不 同所 引起 。 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 ， 以效 率 及输 出功 所 的变化 。 ３ 结 论
在多 晶硅 与非 晶硅 实 际 发 电量 的 对 比分析 中 ， 率随温度升高而降低 ， 但变化范 围略小于开路 电压 我们 采用 了 电性能经 过衰 减 的稳定 输 出太 阳电池