談CIGS光伏熱電聯供系統發電效率

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摘要：cigs光伏熱電聯供可以同時產生熱能和電能，使太陽能光伏系統的綜合利用效率得到極大提升。文章搭建了CIGS光伏熱電聯供系統實驗平臺，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供系統相對于單獨的光伏發電系統的發電效率提升效果，為CIGS熱電聯供工程實踐提供參考。

關鍵詞：CIGS；光伏熱電聯供；發電效率

引言

隨著光伏產業的不斷發展，光伏系統造價的降低，分布式光伏的應用范圍逐漸擴大。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，具有極大的應用空間。本文主要對基于CIGS的建筑光伏熱電聯供系統進行研究，實測了各種工況下的發電量，通過對比分析，獲得了不同工況下影響發電量的因素。項目實驗地位于北京，氣溫條件及光照條件均以北京的數據作為依據。

1CIGS熱電聯供實驗方案

CIGS熱電聯供系統原理如圖1所示。CIGS熱電聯供系統相對于單純的光伏發電，可以將光伏背板的發熱量進行收集，整體系統除發電外，可以滿足建筑內生活熱水的需求。同時，還可以降低CIGS表面的溫度，有利于提高光伏發電效率。根據本文實驗CIGS組件的技術參數，每降低1℃，可以提高發電效率0．36％。為了驗證不同工況下的真實發電量，本文設計了一套方案，分別對熱電聯供及僅光伏發電兩種方式進行實驗。兩組CIGS光伏發電系統的配置完全相同，均配置了8塊100Wp的CIGS薄膜組件，每組系統的裝機容量為800Wp。CIGS熱電聯供系統實驗裝置如圖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行實驗，分別對兩種供電方式的光伏發電量進行對比分析。實驗裝置中，前面一組設置為熱電聯供模式，光伏組件將背部集熱器內制冷劑加熱，溫度超過14℃時熱泵啟動，制冷劑冷卻到10℃時熱泵停止工作。因此，熱電聯供模式一組的CIGS組件面板溫度基本上穩定在10～14℃。

2不同實驗工況下的發電量對比分析

2．1最佳傾角安裝方式下

根據實驗，統計了最佳傾角安裝方式下，熱電聯供系統與光伏發電系統的發電量，見表1。通過測試，前面一組（熱電聯供）實驗裝置的CIGS組件面板溫度在10～14℃之間，后面一組（僅光伏發電）實驗裝置的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，理論上熱電聯供方式下光伏發電系統效率提高為：15×0．36％＝4．8％。從15天的實驗過程可以看到，光照良好的天氣下，光伏組件發電量高，面板溫度較高，此時熱電聯供方式可以在一定程度上降低光伏組件面板溫度，提高發電效率，但在陰天情況下，光伏發電量較少，則發電效率提升不明顯。實際15天的綜合發電效率提高2．54％。

2．2垂直安裝方式下

CIGS薄膜組件的典型應用場景是作為建筑物幕墻，因此根據實驗數據，統計了垂直安裝方式下，熱電聯供系統與光伏發電系統的發電量，見表2。垂直安裝方式下，后面一組實驗裝置的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，理論上熱電聯供方式下光伏發電系統效率提高為：10×0．36％＝3．6％。實際15天的綜合發電效率提高1．36％。

2．3兩次實驗的發電量對比分析

第一次實驗時環境溫度較高，熱電聯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，因此熱電聯供方式下系統效率提高較為明顯，為2．54％。第二次實驗時環境溫度比第一次實驗低，熱電聯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，整體發電量較少，熱電聯供方式下系統效率提高比傾斜面要低，為1．36％。

3結語

從實驗結果可以看出，CIGS光伏組件表面工作溫度越高，實施CIGS熱電聯供的發電效率提升越明顯。但發電效率提升并沒有理論計算的高，主要原因是熱電聯供方式下，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。因此在工程實踐中，需要綜合考慮熱電聯供的取熱量和發電提升量，作為項目實施的參考依據。

作者：徐文良 杜軍 單位：神華工程技術有限公司