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太阳能光伏系统单晶和多晶模组的差异?农村家庭自用如何科学选择

2022-11-06 09:27:52 166

摘要:太阳能光伏想必大家都耳熟能详,因其环保且属于可再生能源,目前在农村很多居民屋顶都已经铺设了光伏发电系统,即节省了电费开支又能并入国家电网,所以近些年来我国的光伏产业得到了很好的发展,是目前发展最快的清洁能源。我们平时在城里见到最多的就是光伏...

太阳能光伏想必大家都耳熟能详,因其环保且属于可再生能源,目前在农村很多居民屋顶都已经铺设了光伏发电系统,即节省了电费开支又能并入国家电网,所以近些年来我国的光伏产业得到了很好的发展,是目前发展最快的清洁能源。我们平时在城里见到最多的就是光伏路灯,上面顶个太阳能板,觉得很高端!关于太阳能光伏的大面积应用在城里很难见到,因为城市都是寸土寸金的地方,不适合大面积铺设。城市也不具备家庭自用的条件,因为住别墅的毕竟是少数。(哈哈)!所以光伏在农村小院就得到了很好的发展。光伏的主要应用分为两种:集中式和分布式。集中式为大面积铺设的大型光伏供电系统,而分布式主要是家庭或私人供电系统,而这篇文章的中心是居民如何在使用光伏时节约成本。这关系到很多农民朋友的切身利益。所以我们今天就用科学的方法讨论下农村家庭光伏自用选择的一些问题。


多晶硅太阳能板和单晶硅太阳能板

太阳能光伏组件是太阳能发电系统中,具有将太阳能转化为电能的能力,这个组件有不同的类型,从常见的晶体硅类型到非晶硅薄膜类型不等。在选择合适的光伏组件时,我们必须面对质量、性能和价格方面的一些综合考量。通常晶体硅类型是目前世界上最常用的太阳能组件,因为它的性能优于非晶硅薄膜型。晶体硅类型可以分为两大类:单晶和多晶。

硅是生产太阳能电池板所需的主要材料。在太阳能板生产中,需要最纯净的硅单体,在自然状态下的硅主要以复杂的二氧化硅和硅酸盐的形式富含在岩石、砂砾、尘土。

我们需要对富含硅的化合物sio₂进行提纯,首先将其放置在电弧炉中,并在2500°F的温度下加热还原,使硅分离出来。这样提纯的硅仍然保留有1%的杂质,然后通过浮动工艺中进一步精炼。最后将精炼的硅锭切割成方形晶片,这是目前市场上传统太阳能电池板的形状。

上文已经说过,硅属于半导体,实际上是一种不良的导电体。因此,为了要改变硅的导电性能,我们通过掺杂磷或硼来增加硅片内载流子的数量。然后,将制作好的单片太阳能电池用薄铜片连接起来。同时,在硅片上还涂有一层防反射涂层,以减少由于硅的光泽造成的光线反射。最后,把串联的太阳能电池组用硅橡胶或乙烯-醋酸乙烯酯进行密封,然后放入铝框中,铝框的玻璃盖上有一个能抗老化的背板,这样一整块太阳能电池组就制作完成了。

现在,让我们讨论一些关于每个晶体模块的制造过程,他们的优点,缺点和他们的性能差异。

单晶模块

单晶硅太阳能电池是世界上第一种光伏组件,也是世界上最先进的太阳能电池系统,是用提拉法从高纯硅晶体中制备的。因为拉制的单晶硅棒呈圆柱形,为了提高单块的电池板面积的利用率,需要在后期将其切成八角形。这样会造成材料的浪费,这种制造工艺使单晶电池呈现出统一的深蓝色或一致的黑色。

优点

•众所周知,单晶硅太阳能板的效率最高,在16-20%,并有超过25年的可靠保证。

•在阴天和雾霾天气条件下表现良好,安装所需空间更小,因为它的效率很高。

缺点

由于光伏组件的制造工艺和制造过程中大量的高纯硅的浪费,导致其比其他类型的光伏组件更昂贵。

多晶模块

多晶硅电池板生产的不同之处在于,它采用了一种更快、更便宜的制造工艺,将熔化的硅倒入方形模具中,冷却后切割成所需的方形晶体,你会看到一种蓝霜状的颜色,明显的晶粒界面和错位的晶格。这导致了电子在电池中的自由度受到限制,简而言之,这就是为什么多晶板比单晶板效率低的主要原因。

优点

  • 它的制造成本更低,与单晶模块相比,制造过程更快。

缺点

  • 与单晶模块相比,它们的效率大约低了3%

  • 效率降低,输出功率降低,安装时占用更多空间。

如果我们要在十年前比较这两种技术之间的差异,我们明显就能看出单晶硅电池要好的多。但最近几年,由于技术的进步实际上使这两种晶体类型的电池板总体来说不相上下,各有千秋。甚至多晶模块在某些特定方面比单晶模块要好。

让我们看一下这两种晶体技术的性能差异。

供电效率问题

效率是区分两个模块的关键性指标。但说到太阳能组件的“效率”是什么意思呢?意思是太阳能模块能够最大限度地利用太阳能在特定区域和特定时间内发电。例如,当你将两个太阳能组件(一个单体和另一个尺寸相同的多体)放置在同一位置时,由于单体的制造工艺和所用硅的纯度水平,单体往往比多体能产生更多的功率。这种效果使单晶体模块的效率更高。而且单晶体在多云或多雾天气下的效果也比多晶体要好。

很多人在购买太阳能电池板之前,总是关心太阳能电池板的效率。但是目前来说如果我们把他们的成本考虑进去,效率就不如过去那么重要。你会意识到从单板上获得的额外效率,你可能是在为它额外买单。让我们用两个太阳能电池板做一个计算,一个是单晶硅,另一个是同样大小的多晶硅,由同一家制造商制造。如果你要安装10台270W的单板,假设每个板为1000。

总共花在10块单板上的Q;

10×1000=10000。

单板总功率输出;

10×270 W=2 700 W

相同总功率输出和相同尺寸的多晶板,单块功率输出为260 W,假设以600出售,你将需要十一个面板来获得近似的总功率,但多晶板的成本成为;

11 x 600=6600

多晶板的总功率为

11 x 260 W=2 860 W

现在让我们来看一下刚才做的数学运算,就单块面板的效率来说似乎并不重要,因为我们可以用更少的钱从多晶硅面板系统中获得更多的功率(160W)。

考虑到他们额外的效率和成本,你会发现单板的效率虽然提高了3.85%,而多晶硅板的成本却降低了8.1%,这表明我们实际上为额外的效率付出了更多的成本

另一个与效率有关的事情是,单板往往在雾天或多云的天气工作表现更好,但在充电控制器、直流优化器、微逆变器等设备的帮助下,多晶硅板往往工作得也不错。

温度系数

另一个性能差异是两个晶体模块和温度的关系。对太阳能组件进行的标准测试表明,它们在高温下的效率都会降低。以单板为例,在当今世界生产的所有不同类型的模块中,单板能更好地处理热量问题。与多晶硅板相比,这两种技术的温度系数表明,在25℃或77℉的标准测试条件下,随着温度的升高,单晶电流每开尔文度下降0.04%安培,而多晶电流下降0.051%安培。也就是说,温度每升高一次,面板的输出电流就会降低,其功率输出也会降低。

但他们的差异真的很重要吗,让我们做一点数学运算,当温度升高20℃时,得到电流下降的差异。

对于单晶板

0.04% x 20 = 0.8%

电流下降= SCC的0.8%

= 0.8% x 9.44A

= 0.076A

对于多晶板

0.051% x 20 = 1.02%

电流下降= SCC的1.02%

= 1.02% x 8.94A

= 0.091A

温差带来的电流差异

= 0.091A - 0.076A

= 0.015A

看看我们上面得到的结果,你会发现差别并不是很大。也许对于极端的沙漠条件来说,差异可能大到足以造成影响,但对我们大多数居住环境来说,这种差异确实很小。

那么,哪一个更好呢?

这要取决于项目规范的需求。如果你的预算很紧张,想要把安装成本降到最低,只要你有足够的空间来安装面板,你的答案就是多晶模块。但是如果效率是你追求的唯一标准,你可以选择单晶模块,并且它占用的空间也小。下图展示一些例子

屋顶安装单晶面板,占用空间小,可以明显看到下方散热差

整个系统的航空视图

总的来说,我们需要在地面安装多晶面板,而屋顶安装单晶面板,因为考虑到温度和空间的影响,单晶面板相对来说占用面积小,屋顶的散热没有地面好,所以单晶面板适合放在屋顶。多晶模块占用面积大,而且需要很好的散热效果,而地面空间大,安装的轨道下方空气流通好,这些均能弥补多晶硅面板的缺点,但这两种情况都需要在合理的预算下进行。

最后要说的是,当选择太阳能发电系统的光伏模块时,不仅仅是考虑单块面板的效率或温度系数的问题,而是我们对整个系统的整体考量,在保证环境系统安全和满足自己期望的同时,在高质量的电力系统上花费更少的费用。

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