铁路客站光伏并网发电项目太阳能电池选型比对

2014-08-21王彦斌袁爱庆

山西建筑 2014年2期

李单王彦斌袁爱庆

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，光伏发电是将太阳能转换为人们可利用的电能的重要途径。在国家鼓励积极发展的新能源中，太阳能占据重要地位，在铁路新一轮的客站建设中，也积极倡导使用太阳能。太阳能光伏发电所用的光伏组件，是太阳能电池片经过加工后的产品。太阳能光伏电池按基本材料分为:晶体硅太阳能电池、非晶体硅太阳能电池、硒光电池、微晶硅太阳能电池、有机半导体太阳能电池和化合物太阳能电池等。目前国内外使用最普遍的是硅太阳能电池，主要分为单晶硅、多晶硅太阳电池，而且国内的光伏组件生产也主要是以单晶硅、多晶硅太阳电池为主，这些硅系列的太阳能电池均可作为光伏建筑一体化使用。

1 常用太阳能电池

1.1 硅太阳能电池

硅太阳能电池分为单晶硅、多晶硅太阳电池。商业化的单晶硅电池片电池效率在13%～18%，多晶硅电池片效率一般在12%～16%左右。单晶硅电池片如图1所示，多晶硅电池片见图2。

图1 单晶硅硅片

图2 多晶硅硅片

由电池片组成的电池组件的外形结构如图3所示。

1.2 非晶硅薄膜太阳电池

非晶硅薄膜太阳电池的生产成本较低，便于大规模生产，所以受到了人们的普遍重视，从而得到迅速的发展。非晶硅太阳能材料虽然是一种很好的电池材料，但它的光学带隙为1.7 eV，转化效率一般较低，在5%～9%左右。随着技术的不断改进，原先非晶硅电池存在的光致衰降的S—W效应(即太阳电池的光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减)问题得到了明显的改善，光致衰降的比率从最初的20%～30%下降到10%～15%左右。非晶硅薄膜太阳电池具有较低的成本、重量轻、弱光响应好、高温性能好和充电效率高等特点。非晶硅薄膜太阳电池组件见图4。

图3 单晶硅、多晶硅太阳电池组件外形

图4 非晶硅薄膜太阳电池组件

2 项目概况

上海虹桥站光伏发电项目总装机容量为6.688 MW，2010年并网时是世界上规模最大的光伏建筑一体化(BIPV)项目。项目光伏组件安装总面积约为4.5万m2，分别在京沪高铁虹桥站南北雨棚上安装效率超过14%的多晶硅电池组件，主要采用规格为1 956×992(功率280 Wp，效率14.4%)的商用多晶硅光伏组件共计23 885块。通过96台汇流箱引入A，B，C，D四个配备500 kW逆变器各3台的逆变器室，经过8台干式非晶合晶变压器升压至10 kV后并入电网。项目设计年发电量约630万kW·h，建成年节约标煤2 274 t。该项目已于2010年6月28日成功并网发电。

天津西站光伏发电项目总装机容量为1.883 84 MW，是天津市已经并网发电单体建筑上最大的光伏建筑一体化(BIPV)工程。项目光伏组件安装总面积约为3.7万m2，分别在京沪高铁天津西站东西两侧无站台柱区雨棚顶部安装双层浮法夹胶玻璃封装方式非晶硅电池组件32 952块，柔性非晶硅薄膜电池组件4 160块。通过76台汇流箱引入，然后通过并网逆变器将引入的直流电转化成380 V的与电网同频率、同相位的正弦波电流，再经过变压器升压至10 kV后并入电网。项目设计年发电量约为233.47万kW·h，建成年节约标煤809 t。该项目已于2012年9月15日成功并网发电。

3 太阳能电池技术性能

3.1 常用的太阳电池技术性能比较

几种常用的太阳电池技术性能比较见表1。

表1 几种常用的太阳电池技术性能

从表1的比较结果可以看出:1)商业化使用的太阳电池组件中，单晶硅组件转换效率是最高的，多晶硅稍低于单晶硅，但两者的转换效率相差不大。2)非晶硅组件电池透光度为5%～75%，当然，随着透光性的增加，光伏电池的转化效率会随着下降，运用到建筑上的最理想的透光度为25%。3)晶体硅太阳能电池组件技术成熟，产品的性能稳定，且使用寿命长。在实际使用过程中，晶体硅电池组件故障率极低，运行维护也最为简单。

3.2 铁路客站项目对太阳能电池性能要求

铁路安全生产是一个重要环节，铁路客站基本是24 h不停歇作业，这就使得铁路客站具有其特殊性。上海虹桥站和天津西站的太阳能电池组件均安装在无柱站台雨棚上。不仅要经受住正常季节更替过程中所产生的冻胀，还要经受得起火车在行驶过程中所产生的震动效应。在两个项目的后期监测过程中，晶体硅的损坏率明显小于非晶硅玻璃组件的损坏率。

在维修保养过程中，铁路客站必须采取天窗作业，以保证列车的安全运行。所以在铁路客站的光伏太阳能发电工程中，光伏组件的维修保养工作相比较于其他光伏太阳能项目的难度要更大些。在光伏组件的选用上，损坏率较小的晶体硅光伏组件的优势性就更为凸显。在铁路客站太阳能发电项目中，选用损坏率较小的晶体硅光伏组件，不但可以减少维修保养的次数;在同样的条件下，发电效率也高于非晶硅光伏组件;且以目前的价格来看，晶硅电池组件的性价比最高。