c-Si晶體矽和HIT組件基本上隨時間穩定持續衰減。
碲化鎘CdTe組件具有1-4個月的隨溫度影響的亞穩態波動,然後穩定持續衰減。
銅鋅錫硫CIGS組件具有1-12個月無規律的亞穩態波動,然後穩定持續衰減。
非晶薄膜a-Si組件具有年度周期性的光致衰減,加上穩定的持續衰減。
為什麼穩定性問題極其重要?
歷史已經翻開了新的一頁,和火電比較,光伏發電的度電成本已經更低;現在的焦點是,在成本不是問題的情況下,光伏發電如何挑戰穩定的火力發電?不穩定性來至於兩方面:首先是看天吃飯,其次是組件本身不穩定。而小編認為組件穩定性本身也包含兩個層面: 由組件材料和結構引起的共性的「內秉的」隨時間變化的規律;以及熱斑、掉柵、裂痕之類的個體質量問題。
組件穩定性的問題,再怎麼提也不為過。數不清的做電站投資的朋友跟小編吐槽:最頭疼的問題就是計算電站的長期收益。氣候變遷本來就很難估計了,安裝運維水準本來就參差不齊,各種組件還不穩定,誰能估計一段時間能發多少電,鬼才知道投資回報率是多少。
其實這個問題,小編認為又可以分為兩個層面。首先當然是少衰減一點,多發點電,多掙點錢;如果衰減沒辦法,那退而求其次,至少讓我知道衰減的規律,無論從系統協調還是投資收益的角度,儘量減少不確定性。
小編認為,知道衰減的規律,在某種程度上和抑制衰減同等重要。
做標準做認證的大牛TUV萊茵和做薄膜的大牛亥姆霍茲Julich研究中心最近就搞了這麼個大比武,2年多時間監測了 c-Si,HIT,CdTe,CIGS,a-Si 組件在沙漠、熱帶、地中海、溫帶幾個地區的性能狀況(Progress in Photovoltaics, Schweiger, 2017)。關公戰秦瓊的事情也能揉到一起,看起來可謂非常過癮,小編不得不侍奉給讀者。
如何標定穩定性?
標定穩定性,首先就要給性能指標確定一個比較的標準。和標準測試條件STC不同,溼熱、乾熱、溼冷、乾冷地區光照條件溫度狀況差的不是一星半點,怎麼比較孰優孰劣?這裡就要祭出法寶國際標準IEC60891了。這是一個神奇的標準,通過複雜的換算(此處略去一千字和十幾個公式),結合輻照儀和溫度計,將實測I-V曲線推演到STC條件下的I-V,從而摘出發電功率,效率,開壓,短路電流,填充因子等重要參數。這樣不管是在沙哈拉大沙漠還是熱帶雨林,不用把組件搬回實驗室,現場測量,經過處理,就可以橫向比較了。
穩定性哪家強?
晶體矽
晶體矽市場份額90%不是沒有道理的。無論是同質結還是異質結晶體矽,基本上在一個穩定可預測的範圍之內。沒有亞穩態,同質結(單晶或者多晶矽)每年衰減不超過0.5%,異質結不超過1%。
碲化鎘CdTe
穩定性相對慘澹一點點,但還不是不可知。一般來說熱退火效應可以提升一點點性能,直到亞穩態結束。這裡從溫差比較大的德國和義大利能看出明顯的性能周期(夏天好一點,冬天差一點),而暴熱的美國亞利桑那大沙漠和印度欽奈直接加速老化,迅速結束了亞穩態,直接開始線性衰減了。
銅鋅錫硫
最慘澹。不同的廠家、不同的工藝、不同的安裝地點,亞穩態可以從1個月持續到12個月,然後開始線性衰減。亞穩態可以給你各種「驚喜」:有性能越來越好的,有越來越差的,有時好時壞的。一般理論認為熱退火和光浸潤可以提升電池效率,但在現實應用場景中情況比這個複雜得多。目前都表示不太懂 ,有待研究。。。
非晶矽薄膜
光衰慘澹,但是至少是穩定的慘澹。光致衰減的Staebler–Wronski效應以及熱退火的恢復作用已經研究的比較清楚了,性能指標的可預測程度比較高。
拉通了看,整個薄膜電池體系在第一年都有一個亞穩態的問題,而在第二年趨於穩定,進入穩定線性衰減態。
怎麼規避不穩定的問題?
還是小編說的,最好沒有不穩定的問題,如果不可避免,就需要儘量知道模式是什麼。其中亞穩態是個大問題,必須知道亞穩態以後穩定發電性能是多少。我們知道的針對薄膜的老化測試標準IEC61646是針對早期比較熱門的非晶和非晶/微晶層疊薄膜電池開發的,其實對CIGS和CdTe電池並不太試用。如果需要了解穩態發電性能,就需要對衰減機理有更多的了解,從而開發出更有效的測試工序來。這方面的研究處於進行時。
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