光伏系统电池选型：晶体硅与薄膜太阳能电池详解
光伏系统电池选型：晶体硅与薄膜太阳能电池详解
随着太阳能光伏技术的不断发展，太阳能电池作为光伏系统的核心组件，其选型和性能直接影响整个系统的发电效率和经济性。本文将详细介绍太阳能电池的主要类型及其特点，并对不同类型的电池组件进行比选分析，为光伏系统的设计和选型提供参考。
晶体硅光伏电池
晶体硅太阳电池包括单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、带状硅太阳电池、球状多晶硅太阳电池，而单晶硅和多晶硅电池是目前市场上的主流产品。
单晶硅太阳电池是最早出现，工艺最为成熟的太阳能光伏电池，以高纯的单晶硅棒为原料，是当前开发很快的一种太阳电池，它的结构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池大多采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽，也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。单晶硅太阳电池片的光电转换效率可达 15%～18%，试验室中的转换效率甚至更高。单晶硅太阳电池的单体片制成后，经过抽查检验，即可按需要的规格组装成光伏电池组件，用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流，单晶硅光伏组件的转换效率一般在 14～17%。单晶硅光伏电池组件更适合于建设场地面积有限而对工程发电功率要求高的发电项目，即通过提高电池组件的效率来实现整个工程的发电容量。
多晶硅太阳电池使用的多晶硅材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅材料和冶金级硅材料熔化浇铸而成，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材料利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，多晶硅太阳电池片的光电转换效率可达 12%～17%，多晶硅太阳电池组件的转换效率一般在 11%～15%，稍低于单晶硅太阳电池，但其材料制造简便，电耗低，总的生产成本较低，组件价格相对于单晶硅太阳电池组件便宜，因此得到广泛应用，尤其适合土地资源丰富地区的工程大面积应用。
薄膜太阳能电池
薄膜太阳电池包括硅薄膜太阳电池（非晶硅、微晶硅、纳米晶硅等）、多元化合物薄膜太阳电池（硫化镉、硒铟铜、碲化镉、砷化镓、磷化铟、铜铟镓硒等）、染料敏化薄膜太阳电池、有机薄膜太阳电池等。目前，商业化的薄膜光伏电池主要有：非晶硅、铜铟硒和碲化镉三种。
非晶硅薄膜太阳电池与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，生产电耗更低，规模生产前景很好。非晶硅太阳电池很薄，可以制成叠层式，或采用集成电路的方法制造，在一个平面上，用适当的掩模工艺，一次制作多个串联电池，以获得较高的电压。目前非晶硅太阳电池光电转换效率一般能达到 10～12%，电池组件的系统效率一般为 6%～8%。
多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多，除碲化镉、硒铟铜、铜铟镓硒薄膜太阳电池在国外有规模生产外，组件的效率在 8%～9%，其他多数尚未形成产业化。
电池组件比选
太阳能电池组件的选择在技术成熟度高、运行可靠的前提下，选用行业内主导的太阳能电池组件类型即晶体硅太阳能组件。单晶硅、多晶硅太阳能电池制造技术比较成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高，是光伏发电市场的绝对主流，被广泛应用于大型并网光伏电站项目，经过近几年的发展，我国的单晶硅、多晶硅电池组件制造工艺、产品性能和质量在国际上均处于领先地位，出现了一批国际知名的生产企业。单晶硅电池由于在制造过程中能耗较高，在市场中所占比例逐渐下降，同单晶硅太阳电池相比，多晶硅太阳电池转换效率稍低，但制造过程中能耗较低，单瓦造价相对便宜。因此为了保证电站长期运行的稳定性，本工程拟采用环保经济型多晶硅电池组件。多晶硅太阳电池组件的功率规格较多，从 5Wp到 300Wp国内均有厂商生产。由于本工程系统装机容量为 50MWp，组件用量大，占地面积广，组件安装量大，所以设计优先选用单位面积功率大的电池组件，以减少占地面积，降低组件安装量。采用不同规格多晶硅电池组件组成 50MWp电池方阵的组件用量比较。
采用 235Wp组件和 280Wp组件组成 50MWp光伏阵列所使用的组件数量均较少，组件数量少意味着组件间连接点少，施工进度快；且故障概率减少，接触电阻小，线缆用量少，系统整体损耗相应降低。另外，通过市场调查，国内主流厂商生产的多晶硅太阳能组件应用于大型并网光伏发电系统的，其规格大多数在 150Wp到 300Wp之间，在此区间范围内，市场占有率比较高的几家厂商所生产的多晶硅太阳电池组件规格尤以 200Wp到280Wp之间居多。综合考虑组件效率、技术成熟性、市场占有率，以及采购订货时的可选择余地，推荐选用多晶硅太阳电池组件规格为 280Wp。因各厂家生产的 280Wp多晶硅电池组件尺寸及重量均差异不大，可研阶段暂按如下型号进行考虑。