太阳能电池组件发电性能测试

太阳能电池组件发电性能测试

天然林的缺乏是限制各国经济发展的瓶颈。同时，传统能源所排放的二氧化碳对人类栖息地有了严重的负面影响。因此，许多国家加强了对能源和能源的研究。中国是一个能源消耗大国。石油、煤炭和其他能源资源很少。对太阳能利用技术的研究非常重要。特别是在具有亚热带气候的深圳地区，每年大约有三分之二的时间是阳光明媚的。环境保护和低成本太阳能电池的开发更具现实意义。当前,衡量各种太阳能电池组件电性能的主要指标是在标准测试条件下的额定输出功率Wp.由于光照变化,太阳能电池组件的输出功率也在不断变化,因此,在实际使用时,仅以额定输出功率衡量太阳能电池组件的电性能,不能完全反映其实际发电效能,对用户来说,更关心的是在户外条件下太阳能电池组件每瓦在一段时间的比额定功率发电量,包括这段时间内所有户外光照情况下的发电量总和,它能较好反映太阳能电池组件在应用中的实际发电能力.英国牛津大学地处纬度约30°,对非晶硅和单晶硅太阳能电池组件的比额定功率发电量进行了测试对比研究.由于地球上的纬度不同,日照和气候条件差别很大,而太阳能电池对日照条件非常敏感,因此,在某一地点得出的实验结论,在其他地点是否相同,尚需进一步验证,目前在亚洲地区尚未看到类似的测试对比研究.本文分别测试出在纬度约20°的深圳的非晶硅和单晶硅太阳能电池组件的比额定功率发电量,并对其结果进行比较分析.1实验方法和仪器太阳能电池的比额定功率发电量,是指一段时间内太阳能电池在户外实际光照条件下的总累积发电量与太阳能电池额定功率的比值,其定义为太阳能电池每瓦日均发电量.太阳能电池的额定功率为Pm=UmIm.(1)其中,Um和Im分别代表最大功率输出点的工作电压和工作电流.其发电量为Q=∑Pm·△t=∫t2t1t1t2Um(t)Im(t)dt,(2)其中,t为测定时间.当Um不变时,有Q=U∫t2t1t1t2I(t)dt.(3)定义日发电量Qd=U∫dayI(t)dt.其比额定功率发电量为Y=Qd/Pm=U∫dayI(t)dt/UmIm.(4)本实验选择纬度约20°的深圳.选用sc35122非晶硅电池板,T160-36单晶硅电池板,采用定电压法分别测出非晶硅和单晶硅太阳能电池组件在典型户外天气条件下的总发电量.为了比较它们的比功率发电量,采用固定工作电压,测量一段时间的安时数,根据式(3)近似得到这段时间内的发电量,其中∫t2t1t1t2I(t)dt为安时数.测量固定工作电压,由此算出这段时间的发电量.实验所用非晶硅电池板额定功率为15W,单晶硅太阳能电池板额定功率为15W.为达到固定工作电压的目的,采用定电压电子模拟负载,测量电路如图1.由定电压电子负载模拟蓄电瓶的功能,即a-b两端的电压稳定不变,随光强的不同时刻变化的发电电流△I0通过电子负载电路的大功率管即散热器以热能散发,从而模拟蓄电瓶的功能.实验配置了两套同样的仪器,功率均为15W,分别测量非晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池组件的发电量.安时计的工作电源另设.为了在不同光强下记录安时数,采用定电压分段的方法,如在阴雨天,定电压取6.3V;在晴天,定电压取12.65V.这样可以使太阳能电池尽量工作在最大功率输出点附近.根据Q=U∫I1(t)dt+U∫I2(t)dt+…,可以分别算出所有阴雨天和晴天的总发电量日均发电量和比功率发电量.2光照辐照对非晶硅太阳能电池影响本实验为30d,其中晴天和阴雨天各15d.根据电子模拟负载和直流安时计组成的发电量测量装置及实验方法,测得晴雨天非晶硅太阳能电池板和单晶硅太阳能电池板的比功率发电量.在晴天以及强太阳光直射下,非晶硅和单晶硅太阳能电池板的比功率发电量分别为4.73W·h/(W·d)和4.01W·h/(W·d);在阴雨天,弱光、散射光照射下,非晶硅和单晶硅太阳能电池板的比功率发电量分别为1.19W·h/(W·d)和0.94W·h/(W·d).我们认为,在晴天,非晶硅太阳能电池虽存在光衰减,但在室外强光照射下,电池板温度较高,由于非晶硅太阳能电池的负温度系数比单晶硅太阳能电池小得多,且高温非晶硅太阳能电池有退火作用,可部分抵消光衰减.此外,非晶硅材料的禁带宽度比单晶硅材料宽,所以非晶硅太阳能电池单节开路电压可达0.8V,而单晶硅太阳能电池单体开路电压仅约0.58V,在功率相同时,非晶硅太阳能电池表现出更好的供电和充电性能.因此,在强光下非晶硅太阳能电池板比单晶硅太阳能电池板的比功率发电量大.在弱光下出现这种差异的主要原因在于,太阳光的散射光谱成分不同于直射强光,据报道太阳的散射光在550～600nm,光谱辐照对非晶硅太阳能电池有利;如果室外弱散射光模型与室内一样,采用荧光灯光谱辐照模拟更能说明问题(图2).世界银行可再生能源项目发起的“薄膜太阳能电池试验电站”对模型进行了验证.由图2可见,非晶硅太阳能电池的光谱响应灵敏度的峰值在550～600nm,单晶硅太阳能电池的光谱响应灵敏度峰值约在700～900nm,因此在弱散射光下,非晶硅太阳能电池的光谱灵敏度比单晶硅太阳能电池好得多,非晶硅太阳能电池表现出更好的光电转换性能,发电效能更高.表1为非晶硅和单晶硅太阳能电池在荧光灯下的光伏特性的对比数据.表2列出两种电池在强直射太阳光下的光伏特性,在阴雨弱散射光下,非晶硅太阳能电池自然比单晶硅太阳能电池的功率发电量大.相同条件下比功率发电性能对比本文选取具有良好封装的非晶硅太阳能电池板并经稳化处理,其电性能已充分衰减并趋于稳定.通过实验对非晶硅太阳能电池板和单晶硅太阳能电池板在相同条件下的比功率发电量进行测试对比,结果表明,在纬度约20°的深圳,在晴天强光辐照下和在阴雨天弱散射光下,非晶硅太阳能电池板的比功率发电量均