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单晶、多晶与薄膜的三国之争,到底谁更适合你?

2017年03月31日

 

 单晶、多晶与薄膜之争由来已久,那么对于客户来说,到底选择哪一种会比较适合呢?

 


1.薄膜和晶体硅太阳能电池板的对比


晶体硅太阳能电池板

       晶体硅(c-Si)太阳能电池是目前应用最广泛的太阳能电池,主要因为晶体硅具有稳定性,效率能够达到15%-25%。晶体硅有赖于基于大量数据的成熟的制程技术,而且总体上已经被证明是可靠的。不过晶体硅吸收光线能力差,这可能是其超小型结构的天生缺陷,因此必须相当厚且坚固。

       通常晶体硅有两种类型:单晶硅和多晶硅。单晶硅来自高纯度的单晶体,切割自直径为150mm的晶圆,厚度为200mm。而多晶硅更受欢迎,制造量更大,例如将硅切割成条状再切成晶圆。无论哪一种,硅太阳能电池产生的电量都约为0.5V,多个电池可以串联依靠提高输出电压。


薄膜太阳能电池板

       薄膜太阳能电池比传统太阳能电池板更便宜,但效率也更低,光伏转换率在20%-30%之间

       根据所采用的材料不同,典型的薄膜太阳能电池可分为以下四类:非晶硅(a-Si)和薄膜硅(TF-Si);碲化镉(CdTe);铜铟镓硒(CIS 或CIGS)和染料敏化太阳能电池(DSC)加上其他天然材料。

       可能有人会认为,而且他们的想法也可能是对的,就是既然名字是薄膜电池,构成是不是也比其他的电池技术更轻更薄?既然功能和结构都一样,唯一的不同就是薄膜和晶体硅太阳能电池各层的厚度和灵活度以及光伏材料有区别:不是硅,那要么是碲化镉(CdTe),要么是铜铟镓硒(CIGS)。

 


硅VS薄膜

       晶体硅技术已经存在了一段时间而且证明了是有价值的,薄膜技术仍然处于初始阶段,但有潜力在同等的效率和可靠性条件下实现更低的成本。既然如此,应该如何选择?

       晶体硅的优势在于高转换效率,达到12%-24.2%,高稳定性、容易制造、高可靠性。其他的优势包括耐热性和低安装成本。而且考虑到废弃/循环利用的时间,硅对环境更友好。缺点在于,就初始成本而言,晶体硅是最贵的太阳能组件。而且太阳能吸收因数很低,材料很脆且易碎。而薄膜太阳能电池比老式晶体硅太阳能电池更便宜,可以在薄硅片上制备,更灵活且更容易处理。而且和晶体硅相比,不容易受外界冲击而损害。

       薄膜太阳能电池组件的主要缺点在于效率低,这在有些应用场合可以抵消其价格优势。它的结构也更复杂,灵活的薄膜电池也需要特别的安装技巧。


二者实例数据对比

       实际应用中,使用CHSM6612P-290W晶硅组件和装有CHSM5001T-115W双结硅基薄膜组件的太阳能光伏电站在发电输出方面的对比数据如下表所示。

       这两组数据取自同一经纬度的两个电站,电站的建设地在泰国北标府附近。因此,两个项目的日照及气候条件相近,且均采用正泰电源生产的CPS100kW逆变器,其转换效率为97.6%。上表为2013年1月到9月每兆瓦的光伏电站实际测得的发电数据,其中双结硅基薄膜组件的总发电量输出略低于晶硅组件。

 


2.晶体硅中单晶与多晶之间的区别对比


 

组件衰减率对比

      单晶和多晶,到底哪种在实际应用中衰减少一些?

      衰减一般分为初始光致衰减和老化衰减。另外,PID电势能诱导衰减近年也获得认同。

  ①光致衰减(Light Induced Degradation,LID)

  LID产生的本质原因是太阳能电池收到光照后材料内部产生了复合中心。目前比较公认的说法是,光照后产生的硼氧复合体降低了少子的寿命。

②老化衰减

  光伏组件长期应用中出现的、缓慢的衰减,可分为两类:

  (1)电池本身老化造成的衰减,主要受电池类型(单晶、多晶)和电池的生产工艺影响;

  (2)封装材料老化造成的衰减,衰减速度与光伏组件的生产工艺和封装材料,组件应用地环境成正相关

  (3)PID电势能诱导衰减。这种衰减存在于组件内部电路和其接地金属边框之间的高电压会造成组件的功率衰减,还与玻璃、背板、EVA、温度、湿度和电压有关。

       以下两个表格引用了多个实验数据说明问题


       综上:组件的类型是单晶硅还是多晶硅,并不是影响组件衰减的最主要因素。鉴于这一点,便可以认为,在其他所有条件都相同的情况下,使用单晶硅还是多晶硅,并不会对项目的发电量造成影响


效率对比

       单晶最喜欢讲光电转换率。因为确实从晶格结构特点看,单晶比多晶的结构表现较高的光电转换效率,但转换效率并不能决定一切。技术上谁都知道,效率高的单晶,衰减也高。有单晶企业说现在衰减都解决了,但降光衰是增加成本的。最后还是要看性价比,专业上叫LCOE“归一化度电成本”。其实这几年,多晶与单晶的转换效率差距一直在1-1.5个百分点徘徊,就性价比而言,单晶也在降本,但多晶的成本大幅度下降之大,是单晶无法比的。

      此外,在效率方面,也不总是单晶占优势,前几年我们都在说多晶存在效率提升的瓶颈,但过去的2015年看,高效多晶已经突破20%的理论瓶颈,单是效率数据,现在市场上的高效多晶的转换效率已经高过目前占单晶主流的普通P型单晶,不仅仅在成本上,而且在转换效率上匹敌单晶。

 


3.三者最终收益效率的对比


       项目的收益率主要受“发电量”、 “初始投资”和“运维成本”的影响。

       价格上来说

       CIGS薄膜>单晶>多晶>CdTe薄膜>非晶薄膜

       从效率上看

       单晶>CISG薄膜=多晶>CdTe薄膜>非晶薄膜

       分别是:单晶18%;CIGS薄膜17%;多晶17%; CdTe薄膜15%; 非晶薄膜7%

       衰减率问题

       薄膜>单晶>多晶

       鉴于上述原因以及综合全文分析来看,在项目收益方面,多晶硅略有优势。


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