聚光光伏行思錄
截至2014年為止，聚光光伏公司幾乎全軍覆沒，其市場化進程遭到嚴重挫折，聚光光伏技術(shù)還有前途嗎
截至2014年為止，聚光光伏公司幾乎全軍覆沒，其市場化進程遭到嚴重挫折，聚光光伏技術(shù)還有前途嗎
來源：《太陽能發(fā)電》雜志 ■ 2015/04 本刊特約撰稿人：俞容文
在光伏發(fā)電的各種技術(shù)中，已經(jīng)走過了近30年發(fā)展歷程的聚光光伏（concentrated PV，簡稱CPV）技術(shù)，目前看來，仍然是一個較不起眼的技術(shù)路線。
聚光光伏技術(shù)發(fā)展的標志性事件，是1976年美國Sandia國家實驗室制作了第一架聚光光伏發(fā)電設(shè)備原型機。
從一開始，人們對聚光光伏技術(shù)感興趣的主要原因，是其具有降低成本的巨大潛力。但具有諷刺意味的是，在走向市場化的過程中，聚光光伏卻因相對高昂的成本，一直為批評者所詬病。
隨著平板晶硅光伏系統(tǒng)成本的一路下降，也由于聚光光伏自身存在的一些問題，截至2014年，曾經(jīng)一度火熱的聚光光伏公司，幾乎已全軍覆沒。
那么，聚光光伏技術(shù)還有前途嗎？
什么是聚光光伏
與其他光伏發(fā)電技術(shù)路線一樣，聚光光伏也是通過光電轉(zhuǎn)換材料的光伏效應(yīng)實現(xiàn)發(fā)電。其所使用光電轉(zhuǎn)換材料，可以是晶硅材料，也可以是其他光電材料。這一技術(shù)的要點在于，利用光學(xué)聚焦裝置把太陽光集中到一小片光電材料上，以此節(jié)省昂貴的半導(dǎo)體材料，達到同樣的陽光利用效率。與一般直覺認識所不同的是，聚光技術(shù)僅僅是增大了光的能量密度，并不意味著能量的放大。
這樣一樣，聚光光伏就出現(xiàn)了一些與一般光伏不太一樣的情況。
首先，因為光學(xué)系統(tǒng)一般只能對直射光或者平行光進行聚焦，盡管太陽光照射到地球時可以認為是平行光，但到達地面的陽光，卻有一部分是經(jīng)過散射、反射或者漫反射到達的，這部分陽光就無法為聚光系統(tǒng)所利用。通常情況下，直射陽光成分占總輻射的85%（因不同地區(qū)而異）。
其次，因為要保持聚光系統(tǒng)正對著太陽，跟蹤系統(tǒng)就成為聚光光伏必不可少的重要部件。傳統(tǒng)上，光伏發(fā)電設(shè)備不帶轉(zhuǎn)動部件一度被認為是光伏發(fā)電的一大亮點，但隨著跟蹤系統(tǒng)技術(shù)的進步和成本下降，更最重要的是可靠的增加，因此其他光伏技術(shù)帶跟蹤器的方案也慢慢的被行業(yè)接受。
再者，在使用的光電材料上，早期的聚光光伏仍然使用晶硅材料，但隨著其他更高光電轉(zhuǎn)換效率材料的發(fā)展和聚光比的提高，III-V族砷化鎵系列的半導(dǎo)體多結(jié)材料慢慢成為聚光光伏使用的主流材料，而晶硅材料在聚光比提高以后無法承受高密度的光照，僅停留在低倍聚光上應(yīng)用。因此，聚光光伏又分為低倍聚光（LCPV）和高倍聚光（HCPV）。本文后面談到的聚光光伏，特指高倍聚光。
作為光電轉(zhuǎn)換材料，III-V族砷化鎵材料因其優(yōu)異的熱學(xué)、光學(xué)特性，以及抗太空輻射和重量輕（砷化鎵本身就是薄膜材料），因此首先在衛(wèi)星上得到了應(yīng)用。衛(wèi)星上為設(shè)備供電的光伏板已經(jīng)由硅太陽能電池板替換成更輕便、光電轉(zhuǎn)換效率更高的砷化鎵電池板。值得一提的是，砷化鎵是一種重要的半導(dǎo)體材料，在微電子等領(lǐng)域有極其重要的應(yīng)用。西方國家長期對我國進行技術(shù)封鎖，包括限制材料生長設(shè)備的進口。
因為砷化鎵材料相對硅材料而言比較昂貴，因此，砷化鎵系列材料應(yīng)用于聚光光伏以后，聚光比必須要設(shè)計得很高，以平衡材料的成本�，F(xiàn)在主流的高倍聚光系統(tǒng)一般在500~1000倍甚至更高。
但是，更高的聚光比又帶來新的問題。聚光比提高以后，光能量密度更高，芯片的電流密度增大，散熱問題顯得更加突出。同時，更高的聚光比對跟蹤系統(tǒng)的精度提出了更高的要求，現(xiàn)在一般要求跟蹤精度在0.5度以內(nèi)，由此跟蹤器的長期穩(wěn)定性和可靠性又成了新的課題。所有這些問題，都加劇了聚光光伏的成本壓力。
順便提一下，也正因為砷化鎵材料首先是在空間上得到應(yīng)用，因此高倍聚光有時也被稱為是太空技術(shù)的地面應(yīng)用。這也解釋了早期進入高倍聚光光伏領(lǐng)域的是些什么機構(gòu)，比如波音公司的光譜實驗室、美國Emcore公司等，他們是為美國太空計劃提供空間電源的單位，國內(nèi)的上海811所、天津18所，甚至德國的Azur也是一樣的性質(zhì)。
來源：《太陽能發(fā)電》雜志 ■ 2015/04 本刊特約撰稿人：俞容文
在光伏發(fā)電的各種技術(shù)中，已經(jīng)走過了近30年發(fā)展歷程的聚光光伏（concentrated PV，簡稱CPV）技術(shù)，目前看來，仍然是一個較不起眼的技術(shù)路線。
聚光光伏技術(shù)發(fā)展的標志性事件，是1976年美國Sandia國家實驗室制作了第一架聚光光伏發(fā)電設(shè)備原型機。
從一開始，人們對聚光光伏技術(shù)感興趣的主要原因，是其具有降低成本的巨大潛力。但具有諷刺意味的是，在走向市場化的過程中，聚光光伏卻因相對高昂的成本，一直為批評者所詬病。
隨著平板晶硅光伏系統(tǒng)成本的一路下降，也由于聚光光伏自身存在的一些問題，截至2014年，曾經(jīng)一度火熱的聚光光伏公司，幾乎已全軍覆沒。
那么，聚光光伏技術(shù)還有前途嗎？
什么是聚光光伏
與其他光伏發(fā)電技術(shù)路線一樣，聚光光伏也是通過光電轉(zhuǎn)換材料的光伏效應(yīng)實現(xiàn)發(fā)電。其所使用光電轉(zhuǎn)換材料，可以是晶硅材料，也可以是其他光電材料。這一技術(shù)的要點在于，利用光學(xué)聚焦裝置把太陽光集中到一小片光電材料上，以此節(jié)省昂貴的半導(dǎo)體材料，達到同樣的陽光利用效率。與一般直覺認識所不同的是，聚光技術(shù)僅僅是增大了光的能量密度，并不意味著能量的放大。
這樣一樣，聚光光伏就出現(xiàn)了一些與一般光伏不太一樣的情況。
首先，因為光學(xué)系統(tǒng)一般只能對直射光或者平行光進行聚焦，盡管太陽光照射到地球時可以認為是平行光，但到達地面的陽光，卻有一部分是經(jīng)過散射、反射或者漫反射到達的，這部分陽光就無法為聚光系統(tǒng)所利用。通常情況下，直射陽光成分占總輻射的85%（因不同地區(qū)而異）。
其次，因為要保持聚光系統(tǒng)正對著太陽，跟蹤系統(tǒng)就成為聚光光伏必不可少的重要部件。傳統(tǒng)上，光伏發(fā)電設(shè)備不帶轉(zhuǎn)動部件一度被認為是光伏發(fā)電的一大亮點，但隨著跟蹤系統(tǒng)技術(shù)的進步和成本下降，更最重要的是可靠的增加，因此其他光伏技術(shù)帶跟蹤器的方案也慢慢的被行業(yè)接受。
再者，在使用的光電材料上，早期的聚光光伏仍然使用晶硅材料，但隨著其他更高光電轉(zhuǎn)換效率材料的發(fā)展和聚光比的提高，III-V族砷化鎵系列的半導(dǎo)體多結(jié)材料慢慢成為聚光光伏使用的主流材料，而晶硅材料在聚光比提高以后無法承受高密度的光照，僅停留在低倍聚光上應(yīng)用。因此，聚光光伏又分為低倍聚光（LCPV）和高倍聚光（HCPV）。本文后面談到的聚光光伏，特指高倍聚光。
作為光電轉(zhuǎn)換材料，III-V族砷化鎵材料因其優(yōu)異的熱學(xué)、光學(xué)特性，以及抗太空輻射和重量輕（砷化鎵本身就是薄膜材料），因此首先在衛(wèi)星上得到了應(yīng)用。衛(wèi)星上為設(shè)備供電的光伏板已經(jīng)由硅太陽能電池板替換成更輕便、光電轉(zhuǎn)換效率更高的砷化鎵電池板。值得一提的是，砷化鎵是一種重要的半導(dǎo)體材料，在微電子等領(lǐng)域有極其重要的應(yīng)用。西方國家長期對我國進行技術(shù)封鎖，包括限制材料生長設(shè)備的進口。
因為砷化鎵材料相對硅材料而言比較昂貴，因此，砷化鎵系列材料應(yīng)用于聚光光伏以后，聚光比必須要設(shè)計得很高，以平衡材料的成本�，F(xiàn)在主流的高倍聚光系統(tǒng)一般在500~1000倍甚至更高。
但是，更高的聚光比又帶來新的問題。聚光比提高以后，光能量密度更高，芯片的電流密度增大，散熱問題顯得更加突出。同時，更高的聚光比對跟蹤系統(tǒng)的精度提出了更高的要求，現(xiàn)在一般要求跟蹤精度在0.5度以內(nèi)，由此跟蹤器的長期穩(wěn)定性和可靠性又成了新的課題。所有這些問題，都加劇了聚光光伏的成本壓力。
順便提一下，也正因為砷化鎵材料首先是在空間上得到應(yīng)用，因此高倍聚光有時也被稱為是太空技術(shù)的地面應(yīng)用。這也解釋了早期進入高倍聚光光伏領(lǐng)域的是些什么機構(gòu)，比如波音公司的光譜實驗室、美國Emcore公司等，他們是為美國太空計劃提供空間電源的單位，國內(nèi)的上海811所、天津18所，甚至德國的Azur也是一樣的性質(zhì)。
作者：俞容文 來源：《太陽能發(fā)電》雜志 責任編輯：wutongyufg
太陽能發(fā)電網(wǎng)|roeg.cn 版權(quán)所有