谈CIGS光伏热电联供系统发电效率

摘要：CIGS光伏热电联供可以同时产生热能和电能，使太阳能光伏系统的综合利用效率得到极大提升。文章搭建了CIGS光伏热电联供系统实验平台，探讨了最佳倾角布置、垂直布置两种工况下CIGS薄膜组件光伏热电联供系统相对于单独的光伏发电系统的发电效率提升效果，为CIGS热电联供工程实践提供参考。

关键词：CIGS；光伏热电联供；发电效率

引言

随着光伏产业的不断发展，光伏系统造价的降低，分布式光伏的应用范围逐渐扩大。铜铟镓硒（CIGS）薄膜组件表面美观，颜色多样，弱光效率高，而且可以作为建材（如幕墙）使用，具有极大的应用空间。本文主要对基于CIGS的建筑光伏热电联供系统进行研究，实测了各种工况下的发电量，通过对比分析，获得了不同工况下影响发电量的因素。项目实验地位于北京，气温条件及光照条件均以北京的数据作为依据。

1CIGS热电联供实验方案

CIGS热电联供系统原理如图1所示。CIGS热电联供系统相对于单纯的光伏发电，可以将光伏背板的发热量进行收集，整体系统除发电外，可以满足建筑内生活热水的需求。同时，还可以降低CIGS表面的温度，有利于提高光伏发电效率。根据本文实验CIGS组件的技术参数，每降低1℃，可以提高发电效率0．36％。为了验证不同工况下的真实发电量，本文设计了一套方案，分别对热电联供及仅光伏发电两种方式进行实验。两组CIGS光伏发电系统的配置完全相同，均配置了8块100Wp的CIGS薄膜组件，每组系统的装机容量为800Wp。CIGS热电联供系统实验装置如图2所示。选取最佳倾角安装方式和垂直安装方式这两种典型工况进行实验，分别对两种供电方式的光伏发电量进行对比分析。实验装置中，前面一组设置为热电联供模式，光伏组件将背部集热器内制冷剂加热，温度超过14℃时热泵启动，制冷剂冷却到10℃时热泵停止工作。因此，热电联供模式一组的CIGS组件面板温度基本上稳定在10～14℃。

2不同实验工况下的发电量对比分析

2．1最佳倾角安装方式下

根据实验，统计了最佳倾角安装方式下，热电联供系统与光伏发电系统的发电量，见表1。通过测试，前面一组（热电联供）实验装置的CIGS组件面板温度在10～14℃之间，后面一组（仅光伏发电）实验装置的CIGS组件面板温度在25～30℃之间，比前面一组的组件面板温度高约15℃。因此，理论上热电联供方式下光伏发电系统效率提高为：15×0．36％＝4．8％。从15天的实验过程可以看到，光照良好的天气下，光伏组件发电量高，面板温度较高，此时热电联供方式可以在一定程度上降低光伏组件面板温度，提高发电效率，但在阴天情况下，光伏发电量较少，则发电效率提升不明显。实际15天的综合发电效率提高2．54％。

2．2垂直安装方式下

CIGS薄膜组件的典型应用场景是作为建筑物幕墙，因此根据实验数据，统计了垂直安装方式下，热电联供系统与光伏发电系统的发电量，见表2。垂直安装方式下，后面一组实验装置的CIGS组件面板温度在20～25℃，比前面一组的组件面板温度高约10℃。因此，理论上热电联供方式下光伏发电系统效率提高为：10×0．36％＝3．6％。实际15天的综合发电效率提高1．36％。

2．3两次实验的发电量对比分析

第一次实验时环境温度较高，热电联供方式下组件面板上温度降低明显，光照条件较好，且倾斜面上接受的辐射量较高，因此热电联供方式下系统效率提高较为明显，为2．54％。第二次实验时环境温度比第一次实验低，热电联供方式下组件面板上温度降低有限，垂直面上接受的辐射量较少，整体发电量较少，热电联供方式下系统效率提高比倾斜面要低，为1．36％。

3结语

从实验结果可以看出，CIGS光伏组件表面工作温度越高，实施CIGS热电联供的发电效率提升越明显。但发电效率提升并没有理论计算的高，主要原因是热电联供方式下，光伏组件表面温度的降低并不是整体和均匀的，紧贴着集热管的部位温度降低较多，而其它地方温度降低较少。因此在工程实践中，需要综合考虑热电联供的取热量和发电提升量，作为项目实施的参考依据。

作者：徐文良 杜军 单位：神华工程技术有限公司