各式光伏组件稳定性比较

c-Si晶体硅和HIT组件基本上随时间稳定持续衰减。

碲化镉CdTe组件具有1-4个月的随温度影响的亚稳态波动,然后稳定持续衰减。

铜锌锡硫CIGS组件具有1-12个月无规律的亚稳态波动,然后稳定持续衰减。

非晶薄膜a-Si组件具有年度周期性的光致衰减,加上稳定的持续衰减。

为什么稳定性问题极其重要?

历史已经翻开了新的一页,和火电比较,光伏发电的度电成本已经更低;现在的焦点是,在成本不是问题的情况下,光伏发电如何挑战稳定的火力发电?不稳定性来至于两方面:首先是看天吃饭,其次是组件本身不稳定。而小编认为组件稳定性本身也包含两个层面: 由组件材料和结构引起的共性的“内秉的”随时间变化的规律;以及热斑、掉栅、裂痕之类的个体质量问题。

组件稳定性的问题,再怎么提也不为过。数不清的做电站投资的朋友跟小编吐槽:最头疼的问题就是计算电站的长期收益。气候变迁本来就很难估计了,安装运维水准本来就参差不齐,各种组件还不稳定,谁能估计一段时间能发多少电,鬼才知道投资回报率是多少。

其实这个问题,小编认为又可以分为两个层面。首先当然是少衰减一点,多发点电,多挣点钱;如果衰减没办法,那退而求其次,至少让我知道衰减的规律,无论从系统协调还是投资收益的角度,尽量减少不确定性。

小编认为,知道衰减的规律,在某种程度上和抑制衰减同等重要。

做标准做认证的大牛TUV莱茵和做薄膜的大牛亥姆霍兹Julich研究中心最近就搞了这么个大比武,2年多时间监测了 c-Si,HIT,CdTe,CIGS,a-Si 组件在沙漠、热带、地中海、温带几个地区的性能状况(Progress in Photovoltaics, Schweiger, 2017)。关公战秦琼的事情也能揉到一起,看起来可谓非常过瘾,小编不得不侍奉给读者。

如何标定稳定性?

标定稳定性,首先就要给性能指标确定一个比较的标准。和标准测试条件STC不同,湿热、干热、湿冷、干冷地区光照条件温度状况差的不是一星半点,怎么比较孰优孰劣?这里就要祭出法宝国际标准IEC60891了。这是一个神奇的标准,通过复杂的换算(此处略去一千字和十几个公式),结合辐照仪和温度计,将实测I-V曲线推演到STC条件下的I-V,从而摘出发电功率,效率,开压,短路电流,填充因子等重要参数。这样不管是在沙哈拉大沙漠还是热带雨林,不用把组件搬回实验室,现场测量,经过处理,就可以横向比较了。

稳定性哪家强?

晶体硅

晶体硅市场份额90%不是没有道理的。无论是同质结还是异质结晶体硅,基本上在一个稳定可预测的范围之内。没有亚稳态,同质结(单晶或者多晶硅)每年衰减不超过0.5%,异质结不超过1%。

各式光伏组件稳定性比较
各式光伏组件稳定性比较
碲化镉CdTe

稳定性相对惨淡一点点,但还不是不可知。一般来说热退火效应可以提升一点点性能,直到亚稳态结束。这里从温差比较大的德国和意大利能看出明显的性能周期(夏天好一点,冬天差一点),而暴热的美国亚利桑那大沙漠和印度钦奈直接加速老化,迅速结束了亚稳态,直接开始线性衰减了。

各式光伏组件稳定性比较
铜锌锡硫

最惨淡。不同的厂家、不同的工艺、不同的安装地点,亚稳态可以从1个月持续到12个月,然后开始线性衰减。亚稳态可以给你各种“惊喜”:有性能越来越好的,有越来越差的,有时好时坏的。一般理论认为热退火和光浸润可以提升电池效率,但在现实应用场景中情况比这个复杂得多。目前都表示不太懂 ,有待研究。。。

非晶硅薄膜

光衰惨淡,但是至少是稳定的惨淡。光致衰减的Staebler–Wronski效应以及热退火的恢复作用已经研究的比较清楚了,性能指标的可预测程度比较高。

拉通了看,整个薄膜电池体系在第一年都有一个亚稳态的问题,而在第二年趋于稳定,进入稳定线性衰减态。

各式光伏组件稳定性比较
怎么规避不稳定的问题?

还是小编说的,最好没有不稳定的问题,如果不可避免,就需要尽量知道模式是什么。其中亚稳态是个大问题,必须知道亚稳态以后稳定发电性能是多少。我们知道的针对薄膜的老化测试标准IEC61646是针对早期比较热门的非晶和非晶/微晶层叠薄膜电池开发的,其实对CIGS和CdTe电池并不太试用。如果需要了解稳态发电性能,就需要对衰减机理有更多的了解,从而开发出更有效的测试工序来。这方面的研究处于进行时。

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