1、Effronics Energy Engineering (Suzhou) LTD.,非晶硅太陽能電池組件的優(yōu)勢,非晶硅組件簡介,1976年美國RCA實(shí)驗(yàn)室的D.E.Conlson和C.R.Wronski在Spear形成和控制p-n結(jié)工作的基礎(chǔ)上利用光生伏打(PV)效應(yīng)制成世界上第一個(gè)a-Si太陽能電池，揭開了a-Si在光電子器件或PV組件中應(yīng)用的幄幕。 非晶硅(aSi)薄膜太陽能電池作為一種新型太陽能電池，由氣相沉積形成的。 由于沉積溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積約1um厚的薄膜，易于大面積化生產(chǎn)，是一種新興的半導(dǎo)體薄膜材料。,非晶硅的發(fā)電量表現(xiàn)較好，有以下幾個(gè)原因：

2、非晶硅的溫度系數(shù)小，高溫性能佳。 在散射光和弱光環(huán)境下的性能更好。 光譜吸收特性與太陽光譜更匹配。 柔和的IV特性。因此非晶硅組件更容易達(dá)到其最大功率。 良好的適應(yīng)性。 此外，非晶硅薄膜電池板還具有適于BIPV、生產(chǎn)耗能低、材料耗用少、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢。,非晶硅的發(fā)電性能優(yōu)勢,溫度系數(shù)小，高溫性能佳 大部分的發(fā)電量是產(chǎn)生在光照強(qiáng)度較高的條件下（500-900 W/m2），這時(shí)通常都伴隨高溫天氣。在這樣的條件下，太陽能電池組件的溫度可以輕而易舉的超過60。由于非晶硅組件的溫度系數(shù)較小(約只有晶硅的一半)參看文獻(xiàn)1，組件在工作環(huán)境下的發(fā)電功率的下降比晶硅少得多。,這里我們做一個(gè)簡單的計(jì)算，以便更直

3、觀的看出溫度系數(shù)對(duì)太陽能組件發(fā)電表現(xiàn)的影響。 組件的實(shí)際發(fā)電功率 Pma= 裝機(jī)功率Pm 1 + a（T - 25） 這里: a 組件的溫度系數(shù) 非晶硅a -0.2%/; 晶硅a -0.5%/ 非晶硅:Pma=1000W 1 -0.2%（60 -25） =930W 晶硅:Pma=1000W 1-0.5%（60 -25） =825W 由以上的計(jì)算可以看出：同樣為裝機(jī)功率1000Wp的電池組件，在溫暖氣候環(huán)境中，非晶硅的實(shí)際發(fā)電功率要比晶硅高出12.7%,美國EPV Solar Inc. 的EPV-40產(chǎn)品(tandem)在美國佛羅里達(dá)州所實(shí)際測量到的非晶硅和晶硅全天發(fā)電情況對(duì)比。在同樣的日照條件

4、下，同樣功率的非晶硅比晶體硅多出約30%的發(fā)電量。參見文獻(xiàn)2 中午日照強(qiáng)度大，組件溫度升高使發(fā)電功率下降，而非晶硅的溫度系數(shù)較小，受到的影響也比晶硅小得多。,當(dāng)日實(shí)時(shí)發(fā)電功率對(duì)比,當(dāng)日總發(fā)電量對(duì)比,Allan Gregg報(bào)告的位于美國加州Santa Cruz的，兩個(gè)2.5kWp分別用晶硅和非晶硅以30度傾角架設(shè)的發(fā)電系統(tǒng)，全年累計(jì)發(fā)電量對(duì)比，其中的非晶硅組件比晶硅組件的年發(fā)電量多出了14%。7由此可見，相同的環(huán)境、在相同的系統(tǒng)大?。╧Wp）、相同的架設(shè)傾角下，非晶硅組件可以產(chǎn)出更多的發(fā)電量！,Santa Cruz累計(jì)年發(fā)電量對(duì)比,位于Santa Cruz的太陽電池陣列,Jardine和Lane

5、，2002發(fā)表的幾種太陽能組件在西班牙實(shí)測的累計(jì)年發(fā)電量數(shù)據(jù)（kWh/kWp），從左至右依次為非晶硅、銅銦硒、單晶、多晶和碲化鎘。參看文獻(xiàn)1。從圖中可以看出同樣功率下，非晶硅（double junction）比其他種類的組件年發(fā)電量都要高。,多種非晶硅和晶硅組件根據(jù)其溫度特性模擬得到的在荷蘭日照條件下的年直流發(fā)電量和性能比（performance ratio）結(jié)果。參看8,多種非晶硅和晶硅組件在瑞士實(shí)測的直流發(fā)電量和性能比數(shù)據(jù)。參看9,三處非晶硅系統(tǒng)實(shí)際發(fā)電數(shù)據(jù),以上為我們的3個(gè)非晶硅發(fā)電系統(tǒng)實(shí)績，我們測量了1-4月系統(tǒng)的累計(jì)發(fā)電量。一般而言晶體硅的性能比PR（performance rati

6、o）可取為75%，非晶硅薄膜PR取為83%。根據(jù)NASA氣象數(shù)據(jù)前四個(gè)月的每日太陽輻射，得到的理論結(jié)果與實(shí)際發(fā)電數(shù)據(jù)的比較。證明非晶硅組件的實(shí)際發(fā)電效能確實(shí)較高。,1-4月非晶硅理論與實(shí)際發(fā)電量的對(duì)比,我們?cè)谂_(tái)灣屏北高中裝設(shè)一個(gè)由2.8kW非晶硅薄膜和2.2kW多晶硅組成的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，為了更好的研究非晶硅和多晶硅系統(tǒng)的發(fā)電性能，我們對(duì)其一天內(nèi)的發(fā)電數(shù)據(jù)進(jìn)行了記錄，并對(duì)相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行了監(jiān)測。,屏北高中太陽能發(fā)電系統(tǒng),左圖為該系統(tǒng)中裝設(shè)的日照計(jì)，用來測量日照強(qiáng)度。 上圖為系統(tǒng)中的電度表、逆變器和環(huán)境監(jiān)測設(shè)備。,上表為2010年2月3日測得該系統(tǒng)當(dāng)日的實(shí)時(shí)發(fā)電情況，按每千瓦裝機(jī)功率的實(shí)時(shí)發(fā)電功

7、率計(jì)，三條曲線從至下分別為日照強(qiáng)度、非晶硅薄膜和多晶硅每千瓦發(fā)電功率?；蛟S是由于臺(tái)灣氣候中散射光的比例不大，在早上和傍晚非晶硅的優(yōu)勢不明顯；在正午前后非晶硅的表現(xiàn)優(yōu)于多晶硅，這主要是由于非晶硅的溫度系數(shù)較小。另外根據(jù)當(dāng)日的電度表計(jì)量數(shù)據(jù)算得：非晶硅的日發(fā)電量為4.61kWh/kWp，多晶硅為4.5kWh/kWp，非晶硅比多晶硅多發(fā)2.44%的發(fā)電量。,散射光、弱光條件下的性能更好 太陽輻射通過大氣時(shí)遇到空氣分子、塵粒、云滴等介質(zhì)時(shí)，都要發(fā)生散射。在多云、風(fēng)沙的天氣以及清晨、傍晚的時(shí)段，太陽輻射主要以散射的形式存在。太陽光的散射光譜波長在550600nm之間，光譜輻照對(duì)非晶硅有利。非晶硅電池和單

8、晶硅電池相比在短波范圍內(nèi)有更大的帶隙，和短波光能更好匹配。,深圳大學(xué)的柴金龍用熒光燈模擬弱散光進(jìn)行的非晶硅與單晶硅的對(duì)比實(shí)驗(yàn),深圳大學(xué)柴金龍的實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論:“在直射強(qiáng)光下 和在弱的散射光環(huán)境下，非晶硅太陽能電池板的發(fā)電效能優(yōu)于單晶硅太陽電池板?！?3捷電節(jié)能工程顧問公司李振全利用PVsyst軟件對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了模擬，得出了與其相吻合的結(jié)果。6另外，牛津大學(xué)環(huán)境變化研究所（Environmental Change Institute）的Christian N. Jardine 的研究也支持同樣的結(jié)論: 單位功率的非晶硅組件比晶硅組件有更多的發(fā)電量。4,注：PTC測試條件，日照1000/m2, 溫度

9、20, 風(fēng)速1m/s STC測試條件，日照1000/m2, 溫度25, 大氣環(huán)境AM1.5 圖中的PTC和STC曲線分別表示在此兩種測試條件下非晶硅與晶體硅發(fā)電量的比值，曲線Sun%表示天氣的多云程度，值越大天氣越晴朗。,Ron Swenson對(duì)于一組光伏發(fā)電系統(tǒng)的測量表明：1月至3月間，在PTC和STC測試條件下，非晶硅與晶體硅發(fā)電量的比值均大于100%（100%表示非晶硅與晶硅的的發(fā)電量相等），平均多出10%以上的發(fā)電量，特別注意到當(dāng)多云天氣時(shí)，非晶硅的發(fā)電量更是比晶硅多出近20%。參看文獻(xiàn)5,相同功率的非晶硅與晶硅發(fā)電量的比值隨天氣變化的情況,非晶硅與晶硅的吸收光譜對(duì)照?qǐng)D,光譜吸收特性與

10、太陽光譜更匹配 非晶硅具有較高的光吸收系數(shù).特別是在0.3-0.75um 的可見光波段,它的吸收系數(shù)比單晶硅要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。在正午和夏季，光照條件最好，這時(shí)陽光中藍(lán)光（波長0.4um ）的比例較大。 美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果表明，基于這一光譜效應(yīng)，僅改變陽光的光譜從冬季轉(zhuǎn)換至夏季，非晶硅的發(fā)電量增長了約6%，而晶硅的發(fā)電量下降了3%。參看文獻(xiàn)2,柔和的IV特性 非晶硅電池相對(duì)于晶體硅電池的另外一個(gè)優(yōu)勢是其電流電壓特性曲線較柔和（soft knee），更易于達(dá)到最大功率，電壓變化對(duì)輸出功率的影響較小。例如，如果調(diào)節(jié)電壓使其低于最大功率點(diǎn)電壓，其電流不會(huì)等比例的改變，輸出功率會(huì)下降的

11、更多。,非晶硅和晶硅的IV特性曲線對(duì)比,良好的適應(yīng)性 陰影的影響小 在一個(gè)單晶硅組件上，僅僅一個(gè)單電池片被完全遮擋時(shí)，整個(gè)組件的輸出功率可減少75%。如果遮擋非晶硅組件表面10%的面積，整個(gè)組件的功率僅下降10%。參見文獻(xiàn)11。太陽能組件在建筑的應(yīng)用中，遮擋常常很難避免。,局部陰影對(duì)單晶硅組件功率的影響,安裝傾角的影響小 晶硅組件對(duì)于安裝傾角和表面灰塵比非晶硅組件更加敏感。晶硅組件需要在較強(qiáng)的光照條件下才能發(fā)電，只有保障與陽光的合理角度才能達(dá)到應(yīng)有的光電轉(zhuǎn)換率因此必需考慮安裝角度問題，這使得可安裝的總面積和平面布局都受到限制；并且其透光性差，很不利于建筑的整體效果；例如北京屬于沙塵暴活躍地區(qū)，

12、當(dāng)受光面被沙塵等不透光物遮蓋時(shí)，會(huì)影響其發(fā)電效能，從建筑角度考慮視覺效果也差一些。而非晶硅可以不側(cè)重考慮安裝角度問題。有利于建筑整體效果的體現(xiàn)。在風(fēng)沙環(huán)境下，其弱光性能有優(yōu)勢。,節(jié)省硅材料 晶體硅太陽能電池的厚度一般為350450m。其中硅吸收層只需要25-100m，便足以吸收大部分的太陽光。其余厚度的硅材料主要起到支撐電池的作用。 在0.3-0.75um 的可見光波段，它的吸收系數(shù)比晶體硅要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。因而它比晶體硅對(duì)太陽光的吸收率要高40倍左右, 只需小于1um的非晶硅膜就能充分吸收太陽光，因此成本可以大幅度降低。 生產(chǎn)1MWp的晶硅組件需要消耗10-12噸高純度的硅，而消耗同樣的原料

13、可以生產(chǎn)非晶硅組件超過200MW。,其他優(yōu)勢,2009年9月26日國家發(fā)展改革委等十部委發(fā)布的關(guān)于抑制部分行業(yè)產(chǎn)能過剩和重復(fù)建設(shè)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見將晶硅制造列為重點(diǎn)控制的行業(yè)。多晶硅制造被十部委意見定義為“高污染、高耗能行業(yè)”，主要是由于其“提煉一噸多晶硅要消耗16萬度電”和副產(chǎn)品四氯化硅的處理。據(jù)國務(wù)院發(fā)展研究中心課題組關(guān)注新能源：光伏產(chǎn)業(yè)切勿“暴生暴濫”估算，從單位能耗上看，生產(chǎn)1kW的多晶硅光伏電池組件的能耗約在2500KWh，其中主要的耗能環(huán)節(jié)在多晶硅的生產(chǎn)。 生產(chǎn)制造能耗： 單晶3308kWh/kWp 多晶2525kWh/kWp 非晶1995kWh/kWp,其他優(yōu)勢,適于BI

14、PV 由于非晶硅沒有晶體硅所需要的周期性原子排列，可以不考慮制備晶體所必須考慮的材料與襯底間的晶格失配問題，制備非晶硅的溫度低,時(shí)間短，適于大批生產(chǎn)。因而它幾乎可以淀積在任何襯底上,包括廉價(jià)的玻璃襯底,并且易于實(shí)現(xiàn)大面積化。 從美學(xué)觀點(diǎn)來說，硅薄膜電池比晶體硅更適合。因?yàn)楣璞∧る姵氐念伾^耐看，而且易做成透明的。,晶硅組件與非晶硅組件的BIPV安裝效果比較,其他優(yōu)勢,1D.King, J. Kratochvil, and W. Boyson. “Stabilization and Performance Characteristics of Commercial Amorphoous-Sili

15、con PV Modules”, Proc. 28th IEEE PVSC, 2000, pp. 1446-1449 2Kai W. Jansen, Suparma B. Kadam, and James F. Groelinger, “The Advantages of Amorphous Silicon Photovoltaic Modules in Grid-tied Systems” 3Chai Jin-long, Li Yi, and Hu Sheng-ming, “Comparison of specific yield of solar cell assemblies made

16、from amorphous silicon and monocrystalline silicon” 4Christian N. Jardine, Gavin J. Conibeer and Kevin Lane, “PV-COMPARE: Direct Comparison of Eleven Pv Technologies at Two Location in Northern and Southern Europe” 5Ron Swenson, “Flat Roof Thin-Film PV Compared to Tilted Thin Film and Crystalline PV” 6李振全，徐云亮，劉詩圣，“幾種太陽能電池組件比功率發(fā)電量的模擬與比較” 7Allan Gregg, Terence Parker, and Ron Swenson, “A Real worldExamination of PV System Design and Performance” 9Characterisation of PV-Modules of New Generation, J. Eikelboom, M. Janson, ECN-report No ECN-C-00-067, 2000 8M. van Cleef, P.