05.04 太陽能光伏電池轉換效率是怎麼回事?

關於光伏組件,有一個非常重要的參數就是轉換效率。光伏組件轉換效率,簡單來說就是光伏組件將太陽能轉化為電能的能力, 也就是光伏組件的發電能力, 輸出的電能。這一參數直接決定了組件發電能力的好與壞,因此十分有必要進行了解。

太陽能光伏電池轉換效率是怎麼回事?

一、光電轉換效率的定義

光電轉換是通過光伏效應把太陽輻射能直接轉換成電能的過程。這一過程的原理是光子將能量傳遞給電子使其運動從而形成電流。這一過程有兩種解決途徑,最常見的一種是使用以硅為主要材料的固體裝置,另一種則是使用光敏染料分子來捕獲光子的能量。染料分子吸收光子能量後將使半導體中的帶負電的電子和帶正電的空穴分離。

太陽能光伏電池轉換效率是怎麼回事?

光電轉化效率,即入射單色光子-電子轉化效率(用英文縮寫IPCE表示),定義為單位時間內外電路中產生的電子數Ne與單位時間內的入射單色光子數Np之比。其數學表達式見公式:

IPCE=1240Isc/(lPin)

其中Isc、l和Pin所使用的單位分別為μAcm-2、nm和Wm-2。

二、效率的計算方法

在照射強度1000M/cm2:太陽能工作溫度25℃±2℃的情況下,最大輸出功率除以日照強度乘以太陽能電池板吸收光面積乘以100%。

太陽能光伏電池轉換效率是怎麼回事?

實際上,光伏組件的轉換效率受到光伏組件的材質類型、光照時間、光照強度、安裝角度、表面清潔程度、電池衰減程度等等諸多因素的影響。

三、各類太陽能電池組件轉換效率對比

綜合太陽能電池組件轉換效率、技術水平、生產工藝成熟度、市場佔有率等因素,對於大型併網光伏電站來說,目前常用的組件類型大體可以劃分為晶硅類組件和非晶硅類組件。晶硅類組件又分為單晶硅和多晶硅。非晶硅類組件主要為薄膜類組件。

太陽能光伏電池轉換效率是怎麼回事?

下面簡單分析一下各類光伏電池組件的轉化率情況:

1、單晶硅太陽能電池組件

單晶電池組件是目前市場上常見的高效率電池組件。單晶產業鏈的生產工藝及技術突破決定了其擁有較完美的晶格,能更好地吸收光照,具有較高的轉換效率。對於單晶太陽能電池組件來講,隆基PERC高效單晶電池效率已突破23%,創世界最高紀錄。普通單晶組件的轉換效率也在18%以上,這是所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的。

太陽能光伏電池轉換效率是怎麼回事?

隨著技術的不斷成熟,單晶組件的價格已與多晶相差不多。由於單晶硅一般採用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝,因此其堅固耐用,使用壽命一般可達20年,最高可達30年。

2、多晶硅太陽能電池組件

相比於單晶電池,多晶電池的硅片是多個微小的單晶組合,中間有大量的晶界,包含了很多的缺陷,它實際上是一個少子複合中心,因此降低了多晶硅電池的轉換效率。目前常規電池線上,多晶電池效率約在16%左右。

太陽能光伏電池轉換效率是怎麼回事?

圖一 單晶硅與多晶硅組件圖例

3、薄膜太陽能電池組件

經過幾年的快速發展,單結非晶硅薄膜電池的實驗室效率可達12.7%左右,微晶硅多結電池效率實驗室效率可達13.4%,碲化鎘CdTe薄膜電池的實驗室光電轉換效率可達16%,商業化電池效率平均為8%-10%。銅銦鎵硒的轉換效率可達14%。

太陽能光伏電池轉換效率是怎麼回事?

二 薄膜太陽能電池板示例圖

然而,對比晶硅類組件,薄膜太陽能電池組件的主要問題是光電轉換效率低,要轉化出等量的電能所需的薄膜電池組件面積巨大。另外,薄膜電池組件還存在穩定性差的劣勢,其能量轉換效率隨著輻照時間的延長而變化,這些缺點是薄膜電池組件廣泛應用的最大阻礙。

太陽能光伏電池轉換效率是怎麼回事?

上面針對市面上的三大類光伏組件的轉換效率進行的分析不難看出,晶硅類組件轉化率明顯比薄膜類組件的轉換效率高且穩定。而單晶硅組件則明顯比多晶硅組件轉換效率高且更為穩定。對於光伏電站組件的選型,應結合工程的具體情況,進行相應的技術經濟比較分析,最終確定合適與本光伏電站的最佳電池組件選型。


分享到:


相關文章: