談CIGS光伏熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電效率

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摘要：cigs光伏熱電聯(lián)供可以同時(shí)產(chǎn)生熱能和電能，使太陽能光伏系統(tǒng)的綜合利用效率得到極大提升。文章搭建了CIGS光伏熱電聯(lián)供系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，探討了最佳傾角布置、垂直布置兩種工況下CIGS薄膜組件光伏熱電聯(lián)供系統(tǒng)相對于單獨(dú)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率提升效果，為CIGS熱電聯(lián)供工程實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：CIGS；光伏熱電聯(lián)供；發(fā)電效率

引言

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，光伏系統(tǒng)造價(jià)的降低，分布式光伏的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。銅銦鎵硒（CIGS）薄膜組件表面美觀，顏色多樣，弱光效率高，而且可以作為建材（如幕墻）使用，具有極大的應(yīng)用空間。本文主要對基于CIGS的建筑光伏熱電聯(lián)供系統(tǒng)進(jìn)行研究，實(shí)測了各種工況下的發(fā)電量，通過對比分析，獲得了不同工況下影響發(fā)電量的因素。項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)地位于北京，氣溫條件及光照條件均以北京的數(shù)據(jù)作為依據(jù)。

1CIGS熱電聯(lián)供實(shí)驗(yàn)方案

CIGS熱電聯(lián)供系統(tǒng)原理如圖1所示。CIGS熱電聯(lián)供系統(tǒng)相對于單純的光伏發(fā)電，可以將光伏背板的發(fā)熱量進(jìn)行收集，整體系統(tǒng)除發(fā)電外，可以滿足建筑內(nèi)生活熱水的需求。同時(shí)，還可以降低CIGS表面的溫度，有利于提高光伏發(fā)電效率。根據(jù)本文實(shí)驗(yàn)CIGS組件的技術(shù)參數(shù)，每降低1℃，可以提高發(fā)電效率0．36％。為了驗(yàn)證不同工況下的真實(shí)發(fā)電量，本文設(shè)計(jì)了一套方案，分別對熱電聯(lián)供及僅光伏發(fā)電兩種方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。兩組CIGS光伏發(fā)電系統(tǒng)的配置完全相同，均配置了8塊100Wp的CIGS薄膜組件，每組系統(tǒng)的裝機(jī)容量為800Wp。CIGS熱電聯(lián)供系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。選取最佳傾角安裝方式和垂直安裝方式這兩種典型工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別對兩種供電方式的光伏發(fā)電量進(jìn)行對比分析。實(shí)驗(yàn)裝置中，前面一組設(shè)置為熱電聯(lián)供模式，光伏組件將背部集熱器內(nèi)制冷劑加熱，溫度超過14℃時(shí)熱泵啟動，制冷劑冷卻到10℃時(shí)熱泵停止工作。因此，熱電聯(lián)供模式一組的CIGS組件面板溫度基本上穩(wěn)定在10～14℃。

2不同實(shí)驗(yàn)工況下的發(fā)電量對比分析

2．1最佳傾角安裝方式下

根據(jù)實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)了最佳傾角安裝方式下，熱電聯(lián)供系統(tǒng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，見表1。通過測試，前面一組（熱電聯(lián)供）實(shí)驗(yàn)裝置的CIGS組件面板溫度在10～14℃之間，后面一組（僅光伏發(fā)電）實(shí)驗(yàn)裝置的CIGS組件面板溫度在25～30℃之間，比前面一組的組件面板溫度高約15℃。因此，理論上熱電聯(lián)供方式下光伏發(fā)電系統(tǒng)效率提高為：15×0．36％＝4．8％。從15天的實(shí)驗(yàn)過程可以看到，光照良好的天氣下，光伏組件發(fā)電量高，面板溫度較高，此時(shí)熱電聯(lián)供方式可以在一定程度上降低光伏組件面板溫度，提高發(fā)電效率，但在陰天情況下，光伏發(fā)電量較少，則發(fā)電效率提升不明顯。實(shí)際15天的綜合發(fā)電效率提高2．54％。

2．2垂直安裝方式下

CIGS薄膜組件的典型應(yīng)用場景是作為建筑物幕墻，因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了垂直安裝方式下，熱電聯(lián)供系統(tǒng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，見表2。垂直安裝方式下，后面一組實(shí)驗(yàn)裝置的CIGS組件面板溫度在20～25℃，比前面一組的組件面板溫度高約10℃。因此，理論上熱電聯(lián)供方式下光伏發(fā)電系統(tǒng)效率提高為：10×0．36％＝3．6％。實(shí)際15天的綜合發(fā)電效率提高1．36％。

2．3兩次實(shí)驗(yàn)的發(fā)電量對比分析

第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度較高，熱電聯(lián)供方式下組件面板上溫度降低明顯，光照條件較好，且傾斜面上接受的輻射量較高，因此熱電聯(lián)供方式下系統(tǒng)效率提高較為明顯，為2．54％。第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度比第一次實(shí)驗(yàn)低，熱電聯(lián)供方式下組件面板上溫度降低有限，垂直面上接受的輻射量較少，整體發(fā)電量較少，熱電聯(lián)供方式下系統(tǒng)效率提高比傾斜面要低，為1．36％。

3結(jié)語

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，CIGS光伏組件表面工作溫度越高，實(shí)施CIGS熱電聯(lián)供的發(fā)電效率提升越明顯。但發(fā)電效率提升并沒有理論計(jì)算的高，主要原因是熱電聯(lián)供方式下，光伏組件表面溫度的降低并不是整體和均勻的，緊貼著集熱管的部位溫度降低較多，而其它地方溫度降低較少。因此在工程實(shí)踐中，需要綜合考慮熱電聯(lián)供的取熱量和發(fā)電提升量，作為項(xiàng)目實(shí)施的參考依據(jù)。

作者：徐文良 杜軍 單位：神華工程技術(shù)有限公司