聚光光伏發(fā)電技術(shù)研究始于上世紀(jì)70年代的石油危機(jī)，隨著技術(shù)的日趨進(jìn)步，近幾年取得了較大的發(fā)展，目前全球已經(jīng)開(kāi)展了很多研究項(xiàng)目，并建成了許多示范工程。但截至目前，全世界用于聚光光伏的投資僅10億美元，而且投資項(xiàng)目規(guī)模小、范圍窄。
　　所謂聚光光伏(CPV)技術(shù)是通過(guò)透鏡將接收到的太陽(yáng)能放大成百上千倍，然后將放大的能量聚焦于效率高、面積小的光伏電池上，其基本原理就跟用放大鏡點(diǎn)著火柴的原理一樣。但是，由于聚光之后將在電池表面積聚很多熱量，對(duì)于聚光電池尤其是高倍聚光電池而言，散熱效果較差的傳統(tǒng)晶體硅太陽(yáng)能電池并不適用。
　　與晶硅和薄膜電池技術(shù)相比，聚光光伏采用多結(jié)的III-V族化合物電池具有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，多結(jié)電池具有寬光譜吸收的特點(diǎn)，能大大提高轉(zhuǎn)換效率；其次，多結(jié)電池溫度系數(shù)小，適合在高溫下工作，因而可以采用高倍聚光技術(shù)以減小電池使用面積；此外，以相對(duì)廉價(jià)的聚光器件替代昂貴的半導(dǎo)體材料，在大規(guī)模應(yīng)用于發(fā)電時(shí)可有效降低成本、降低生產(chǎn)能耗。
　　記者了解到，晶體硅太陽(yáng)能電池的理論轉(zhuǎn)換效率大概為26%，多結(jié)的III-V 族電池理論轉(zhuǎn)換率可超過(guò)60%，充分體現(xiàn)了其寬光譜吸收器件的優(yōu)勢(shì)。
　　“對(duì)多結(jié)電池而言，在聚光之后其轉(zhuǎn)換效率可以從30%增加到38%以上�！睂�(duì)III-V族半導(dǎo)體材料深有研究的俞容文博士告訴記者。聚光倍數(shù)的增加也將使太陽(yáng)能電池芯片的材料得到節(jié)省，從而使成本得到降低。如果多結(jié)電池聚光倍數(shù)為1000倍，則所需的芯片面積僅為受光面積的1/1000。經(jīng)測(cè)算，1MW的多結(jié)聚光太陽(yáng)能電站，其所用的多結(jié)半導(dǎo)體材料僅為67克。相比如采用多晶硅技術(shù), 硅材料重量將在10噸左右.
　　在技術(shù)與成本的“轉(zhuǎn)換”上，上海聚恒太陽(yáng)能有限公司表示已經(jīng)取得了突破。據(jù)聚恒太陽(yáng)能總經(jīng)理容崗介紹，該公司在山東新建的200KW高倍聚光光伏示范電站采用的是576倍的光學(xué)系統(tǒng)，光電轉(zhuǎn)化率為25%，是目前國(guó)內(nèi)光伏系統(tǒng)中最高的。容崗表示，由于光電轉(zhuǎn)化率高于多晶硅光伏電池，因而該系統(tǒng)使用的土地僅為晶體硅光伏系統(tǒng)的50%-60%，硅基薄膜的20%-30%，因而在土地價(jià)格相對(duì)昂貴的城市近郊地區(qū)有較大的成本優(yōu)勢(shì)。在高倍聚光的條件下，組件如果無(wú)法與太陽(yáng)光保持90度垂直，匯聚起來(lái)的光線就投射不到電池上，高效轉(zhuǎn)化也就無(wú)從談起了。聚恒該系統(tǒng)能確保偏差范圍在0.5度以內(nèi)，實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)在0.2度之間，技術(shù)與成本的“轉(zhuǎn)換”得以實(shí)現(xiàn)。
　　盡管聚光光伏技術(shù)的研發(fā)歷史已經(jīng)有30多年，但聚光光伏電站的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)目前在全球范圍內(nèi)仍處于起步階段。在我國(guó)，已有多家企業(yè)開(kāi)始嘗試在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。記者了解到，由廈門(mén)三安光電在青海格爾木獨(dú)立設(shè)計(jì)、安裝的規(guī)模為1MW的示范電站，目前已并網(wǎng)發(fā)電。
　　在電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面，我國(guó)航天系統(tǒng)、電子科技系統(tǒng)的多個(gè)研究所也在致力于聚光太陽(yáng)能電池芯片的研發(fā)和生產(chǎn)。
　　聚光光伏市場(chǎng)具有高速增長(zhǎng)潛力，據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，目前全球的聚光光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量不到200MW，預(yù)計(jì)今后幾年內(nèi)，隨著技術(shù)優(yōu)勢(shì)和成本優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)，市場(chǎng)規(guī)模將有井噴式的增長(zhǎng)。未來(lái)10年，全球聚光光伏年均增速預(yù)計(jì)在40%以上，到2020年行業(yè)總產(chǎn)值可達(dá)500億元左右。我國(guó)目前僅有少量示范電站，隨著光伏裝機(jī)容量的提升，聚光光伏的市場(chǎng)也將逐漸打開(kāi)。
　　從長(zhǎng)期來(lái)看，聚光光伏系統(tǒng)不會(huì)也不可能完全取代晶體硅和薄膜電池的市場(chǎng)。聚光光伏系統(tǒng)適合于超大規(guī)模的光伏電站，而晶體硅和薄膜電池除了適合于大型光伏電站外，還適用于較小型的家用、商用和建筑一體化等發(fā)電系統(tǒng)。據(jù)容崗介紹，由于進(jìn)入該領(lǐng)域的系統(tǒng)廠商越來(lái)越多，因此對(duì)電池片的需求也吸引了一系列芯片制造商的進(jìn)入。三星、JDSU等國(guó)際大廠都已經(jīng)有了進(jìn)入電池片領(lǐng)域的計(jì)劃，這必然會(huì)帶來(lái)成本的大幅下降，這對(duì)聚光光伏行業(yè)來(lái)說(shuō)是好消息。湘財(cái)證券新能源行業(yè)研究員侯文濤認(rèn)為，隨著該技術(shù)的進(jìn)一步成熟，這一市場(chǎng)也會(huì)不斷變大，好比早期的多晶硅電池，技術(shù)的成熟與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇將一定程度上緩解聚光光伏系統(tǒng)的成本壓力。
　　不過(guò)，聚光光伏系統(tǒng)技術(shù)門(mén)檻較高，其太陽(yáng)能電池生產(chǎn)技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)復(fù)雜，核心技術(shù)三結(jié)砷化鎵電池外延技術(shù)目前只有少數(shù)的幾個(gè)廠家掌握，因此真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還有很長(zhǎng)的路要走。
　　在成本方面，聚光光伏的太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)、維護(hù)保障系統(tǒng)等方面的成本也不容忽視。盡管普通的晶體硅光伏系統(tǒng)也需要跟蹤系統(tǒng)，但高倍聚光光伏的太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)對(duì)精確度的要求更“苛刻”，一方面是為了保證太陽(yáng)光能準(zhǔn)確地聚焦到太陽(yáng)能電池芯片，另一方面也是避免對(duì)芯片周邊的組件材料造成損害；而太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)精確度的提升也會(huì)使得成本大幅增加。另外，周邊環(huán)境對(duì)聚光光伏系統(tǒng)的影響也很大，例如，在刮風(fēng)的時(shí)候，小幅的傾斜對(duì)晶體硅電池幾乎沒(méi)有影響，但很可能會(huì)對(duì)聚光光伏系統(tǒng)的聚光效果產(chǎn)生致命的影響。
　　據(jù)上海太陽(yáng)能工程技術(shù)研究中心主任李紅波介紹，該中心已經(jīng)完成了一個(gè)千瓦的聚光光伏示范工程，該項(xiàng)目已經(jīng)運(yùn)行兩年，目前正在建設(shè)一個(gè)50KW的示范工程。在示范工程運(yùn)行過(guò)程中，該中心已經(jīng)解決了很多難題，但又陸續(xù)出現(xiàn)了很多新的問(wèn)題需要去解決。
　　2007年12月，CPV的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（IEC 62108）獲得通過(guò)。該標(biāo)準(zhǔn)提出了對(duì)CPV模組穩(wěn)定性測(cè)試。這些測(cè)試包括電力測(cè)試、耐候性測(cè)試、機(jī)械性測(cè)試和環(huán)境條件測(cè)試。目前也有很多實(shí)驗(yàn)室正在申請(qǐng)測(cè)試承擔(dān)機(jī)構(gòu)認(rèn)證。系統(tǒng)在安裝之前必須通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)中這些最重要的測(cè)試，在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)程序過(guò)程中，不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)修改以符合IEC測(cè)試。隔離測(cè)試和濕熱測(cè)試是其中最難的考驗(yàn)，因?yàn)槟＝M需要顯示防水的同時(shí)保持電隔離。其他標(biāo)準(zhǔn)還在開(kāi)發(fā)中，包括CPV模組電力評(píng)定，CPV系統(tǒng)能量等級(jí)評(píng)定以及追蹤要求和安全要求。
　　隨著現(xiàn)有的技術(shù)，已通過(guò)并發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，一些示范電廠安裝和運(yùn)行情況參考，CPV行業(yè)正在經(jīng)歷非凡的進(jìn)步。CPV和電池廠家的數(shù)量在過(guò)去兩年大大增加，CPV裝機(jī)量達(dá)到相當(dāng)可觀的規(guī)模。盡管CPV仍然處在發(fā)展的早期階段，但已具備快速發(fā)展的潛力，隨著各國(guó)政策的支持，全球CPV市場(chǎng)將獲得快速發(fā)展。我們期望，該技術(shù)能早日解決技術(shù)穩(wěn)定性并大力降低成本，以促進(jìn)光伏發(fā)電盡快實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)的目標(biāo)。


作者：張志偉 來(lái)源：《太陽(yáng)能發(fā)電》雜志 責(zé)任編輯：admin