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►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。数不清的做光伏电站投资的朋友吐槽: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,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。
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。
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%。
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。
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