云南石林1MWCIGS光伏电站运行报告

2012年7月，由北京桑林蓝天自控技术公司投资和系统集成的中国首例CIGS光伏电站——云南石林1MWCIGS薄膜电池电站，截止2013年7月，累计发电近150x104kwh。

2013年7月，我们会同德国MANZ公司派遣的工程师对电站各个系统做了全面检测，经过这一年以来电站发电运行，全面采集了CIGS发电数据，并将这些数据与其它的单晶硅方阵发电数据进行对比。我们在德国工程师的配合下，通过专业测试装置得出以下结果：

一、未检测出CIGS薄膜电池有功率衰减现象的发生；

二、初步证明了良好的热效应是CIGS薄膜发电量高出晶硅电池10%左右的真正原因；

三、薄膜弱光效应良好，但需要利用新技术进一步增强弱光效应的优势；

四、电站各系统运行正常，发电安全、稳定。

在对模组的测试中，我们使用IV仪（如下图）测试CIGS模组的实时电压、电流值和温度数据，计算最高功率点。使用手持式与固定式照度仪（如下图）采集实时的光照强度与之前的数据做计算分析。最后使用热成像相机对模组及电缆接入汇流箱的温度进行了全面的拍照检测，观察保险丝的工作温度，判断是否处在正常工作状态。

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在2013年7月5日，天气多云，少雾。我们对已经在野外露天工作了一年的模组进行了随机抽样，从不同位置和角度分别取了两块模组，然后使用IV仪和照度仪对它们进行单独的功率测试，以检验一年以来它们有没有因为环境侵蚀而出现效率衰退。可由于多云的天气影响，照度仪捕捉到的光照强度一直都在500—1200w/㎡之间徘徊，我们也采集到几组数据显示模组工作状态正常，可就在突然间云开日现，强烈的阳光直射下来，照度计上的数值瞬间飙升至1650w/㎡，速度太快以至于我们没有来得及捕捉到当时的数据，当我们按下鼠标时，照度已经下降到1315w/㎡，让我们惊喜的数据此时出现在了设备的显示器上，标称值只有80w的模组，此时的实际功率已经达到了100.7w（见下图），这个数据让来自MANZ的GeorgVoorwinden博士都感到惊讶，因为德国专家在来到中国前，根据1976年美国大气标准所确定的无云条件，预计石林当地六、七月的照度在1120w/㎡左右，而于2009年公开发表的数据上表示实测照度与无云时照度的照度比为1.38，所以估测在这样的天气下，采集到的照度理论最大值为1545w/㎡左右，而现在得到的1650w/㎡的照度使得当地的实测照度与无云时照度的比值达到了约1.47。后来在他们返回德国后的7月22日，在与一位叫做沃纳-纳普（WernerKnaupp）的光伏研究者进行交流时得知，这与沃纳先生目前通过自己在德国的实验得到1.45的比值相吻合，而这是首次在电站中直接测量到此数据。

而通过当时测量到的电流值还验证了照度比和电流比的一致性，如上图显示，这是当时截取到的IV值与照度，在1315w/㎡的照度条件下，模组的短路电流达到了3.62A，而模组在标准状态下的短路电流应该是2.75A，两者的比值约为1.315，实时照度与标准照度的比值也为1.315（1315/1000），所以可以推算出在1650w/㎡照度时，最大短路电流值则将超过4.5A，而工作电流也将达到4A，这已经大大超出了原先设计的汇流箱保险丝设计容量，而造成了频繁烧损保险丝的情况。所以德国工程师强烈建议今后在做前期设计时，对于最大辐照度最好选用1600w/㎡做计算数值。

而辐照度对于输出功率的影响也是明显的，在这张图上，我们可以发现，照度达到1315w/㎡，输出功率是100.7w，模组的标准功率是81.8w，温度是43.7℃。按照光伏组件的物理特性来说，在标准环境下（25℃）温度每上升一度，功率要按照一定的比值下降，这个比值就是我们常说的热衰减系数，对晶硅电池与CIGS电池来说，CIGS拥有比晶硅更低的热衰减系数，晶硅的热衰减系数超过0.5%，而CIGS只有0.3%左右，也就是说，在目前这个温度下，已经超过标准环境温度约20℃，晶硅模组的输出功率要下降20X0.5%=10%，而CIGS模组只下降20X0.3%=6%，所以体现在实际的数据上，当时的照度比为1.315，输出功率应该是81.8wX1.315=107w，考虑热衰减系数要降低6%的功率，则实际应该是107wX(1-6%)=100.6w,基本吻合实际测量的数值。而如果是晶硅电池组件的话，只需要把它的热衰减系数代入到上式计算，就可以得到同样情况下，晶硅的输出功率只有96.3w，仅此一处，CIGS的发电功率就超出晶硅近5%，可在实际使用过程中，模组处于45℃的情况并不特殊，在中午前后，模组的温度常常要达到60摄氏度以上。因此，根据这一数据的佐证，我们基本上对这一年来所观察到的CIGS方阵发电量超出晶硅方阵近10%的现象做出了科学的判断和解释。更为重要的是，MANZ公司利用其真空共蒸镀技术制造的CIGS电池模组在经历了一年的风吹日晒，雨雾侵蚀后，并没有出现功率的减退和损失，在出现高电流时，没有一块模组的接线盒烧损。相反的，其表现出的优异发电性能让我们由衷的赞叹。这也为我们公司创造了更多的发电收入，让高高在上的前沿科学技术产生了实际的效益。

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而在这里必须要作出说明的是，以上得出的结论并不会否定了薄膜电池良好的弱光效应。薄膜的弱光效应的确是要优于晶硅电池的。而弱光效应也并非CIGS薄膜电池独有的特点，而是这一类薄膜电池所共有的，区别只在于不同种类薄膜电池孰强孰弱的问题。在弱光条件下（比如日落时），我们依然检测到模组的电压值保持在较高的水平，只是电流值较低，造成输出功率偏低的现象，以致不足以满足电器系统自身的消耗。所以应该说弱光效应是存在的，只是根据不同的电器电路设计，而没有能在发电量上体现出来，未来我们要解决的就是如何降低系统损耗，挖掘出弱光效应的实用价值。

通过这次周年检测，我们基本找到了CIGS模组在发电量上高于晶硅的原因，也找到了频繁烧损保险丝的问题所在，但对于我们来说最大的价值在于我们对于CIGS电站的集成设计有了更深入的理解和更丰富的经验，对未来中国的CIGS电站建设打下牢固的实践基础。在对系统各部分的检测中，没有发现存在建设安装缺陷，没有发现存在电气老化失效，没有发现发电功率的衰减，德国专家对于石林CIGS光伏电站的建设质量也给予了充分的肯定，认为即使是在德国，建设质量也不会比我们更好，给出的评语是“goodjob!”。能够得到国际上CIGS专家的认可，我们感到很欣慰。