聚光光伏:太阳能领域“明日之星”

2018-11-26 00:26:38 14615
摘抄来源:北极星

  据报道,当人类创造清洁、可再生能源的竞争越来越激烈时,太阳能产业将注意力集中在了新技术“聚光光伏CPV系统(Concentrated Photovoltaic System)太阳能”上,并希望通过这项技术生产具有规模效应的电力。 
  聚光光伏太阳能将传统的太阳能光电技术与大规模聚热太阳能发电厂结合了起来,能够极大地强化太阳能生产。CPV技术通过透镜或镜面将接收到的太阳能放大成百上千倍,然后将放大的能量聚焦于效率极高的小光电池上。通过放大太阳能,该技术有效地减少了光电池中半导体材料的用量。 
  南希是加利福尼亚SolFocus公司负责营销的副总裁。她说:“CPV融合了光电技术与聚热太阳能捕获的优势。使用该技术,科学家将相当于650个太阳的能量聚焦于光电材料上。因此,少量的光电材料便能捕获大量太阳能,然后将其高效转化。”
  只是众多致力于CPV技术研究的公司中的一个。该公司使用的聚光光伏发电模型的基本单位是一个由两面镜子组成的系统。系统内,阳光通过感光杆被引至面积仅为1平方厘米的光电池。一块太阳能面板由许多这样的单位组成,而太阳能面板置于跟踪装置上,可以随着太阳位置的变化东升西落。这样一来便极大地提高了太阳能的利用与转化率。 
  美国许多别的公司也在该领域进行尝试,位于新墨西哥洲的Emcore公司就是其中一个。该公司使用的光学透镜能将接收到的太阳能放大500倍后聚焦于极小的超高效光学电池上。 
  大概有十几家起步公司也正踌躇满志地加入CPV的竞争行列,争取分得一块蛋糕。而且这些公司声称他们的发明能够最大程度优化太阳能转化、最大程度减少成本并且最值得信赖。而一些知名的大公司,如进入太阳能领域已50年的日本夏普公司也正积极进入CPV领域。 
  美国太阳能协会的负责人布拉德•柯林斯预测说:“CPV技术的发展空间极大。具有规模效应的太阳能生产将在5年之内到来。” 
  CPV优势多耗水少成本低 
  CPV技术极大地减少了光电材料的使用量,而光电材料是太阳能电池中成本最高的部分。尽管成本低廉,但柯林斯指出,CPV并不对传统的太阳能光伏产业构成威胁,因为CPV与传统PV所适用的领域不一样。前者更适合大规模设施,宜于建成发电厂;而后者更适合分散的小规模应用,如应用于房顶之上。但这项技术却对大型聚热太阳能发电厂构成了实实在在的威胁。 
  聚热太阳能是指用太阳能产热,然后利用热能发电。其实,聚热太阳能与CPV在许多方面都有相似之处。比如,两者都用镜面或透镜放大太阳能;两者都能生产具有规模效应的能量;两者都最适用于太阳能丰富的地区等等。 
  既然两者如此相似,是什么让CPV在这场竞争中胜出?最新成立的贸易集团——聚合型太阳能电池联盟(CPV Consortium)——的负责人哈特斯科解释,聚热太阳能与CPV最大的不同在于两者将太阳能转化为电能的方法以及所使用的材料。 
  CPV所使用的光电材料比传统光电技术要少。同时,CPV的耗水量也比聚热太阳能技术少很多。哈特斯科说,一般而言,使用CPV技术每生产1000度电仅耗水4加仑。与之相比,传统的太阳能热电厂每生产1000度电耗水量高达850加仑。 
  CPV技术的优势还远不止这些。“与其他太阳热能发电方法相比,CPV提供的方法能够带来本质上的不同,特别体现在耗水量的减少、装机容量的灵活性以及感光的灵敏性。”美国能源部国家可再生能源实验室的研究员莎拉•库尔特在最近的一篇文章中写道。 
  另外,CPV技术还有另一个特别吸引人的地方:该技术所使用的97%的材料(大部分为玻璃和铝)都可循环利用。由于成本降低,使用CPV技术的发电厂能够在6个月之内收回成本。更为奇妙的是,CPV技术允许接收太阳能的玻璃阵列不规则排列,从而可以最大程度地开发可利用土地,将太阳能利用最大化。而且因为该系统能够在白天跟踪太阳移动轨迹,人们甚至可以在玻璃阵列下面种植庄稼。 
  需要联邦政府帮助 
  跟其他所有处于发展中阶段的技术一样,CPV也面临着许多难以逾越的障碍。最终决定CPV技术能否成功的因素还是在于成本。从目前来看,CPV新技术比传统的光电或薄膜技术成本要高很多。但据预测,到2010年,CPV技术的成本将与传统光伏太阳能技术(PV)持平。更有西班牙科学家估计,由于电池与光学透镜效率的增加,CPV成本将大幅下降,到2011至2015年间,太阳能发电成本与购买现有电力成本将基本相同。 
  但科学家同时指出,如果CPV没有得到大规模应用,成本降低则会成为天方夜谭;而大规模应用则是建立在巨大投资基础之上的。截止目前,全世界用于CPV的投资已仅为10亿美元,而且投资项目规模小、范围窄(基本仅限于欧洲)。因此不论是业内人士还是各大企业都希望政府可以加大对该领域的投资。美国政府已在实验室启动了CPV的研发,并承诺建立新的工厂以及开展学术研究。人们希望政府接下来会逐步加大这方面的投入。 
  要扩大CPV的规模,还必须保障投资的安全性。因此,哈特斯科建议联邦政府用政府财产为CPV示范项目提供担保。她担心,没有政府干预,CPV在美国的规模不可能扩大。华盛顿州TechVision21咨询公司一位高级副总裁安尼塔•巴拉坎卓抱怨说:“许多技术都在美国诞生,却在美国以外的地方繁荣。长此以往,美国将失去竞争优势。”他的担忧并非毫无根据。SolFocus公司已经在西班牙修建了装机容量为50万瓦CPV太阳能发电厂,而且正在希腊修建装机容量为1000万瓦的CPV太阳能发电厂。相比而言,该公司目前在美国的CPV太阳能发电厂装机容量仅为1万瓦。
  CPV 系统模组主要由太阳能电池、高聚光镜面菲涅尔透镜等光学聚光元件、太阳光追踪器组成。应用菲涅尔透镜的作用就是将光线从相对较大的区域面积转换成相当小的面积上,这种透镜也被称做集光器或聚光器。

  在太阳聚光领域,菲涅尔透镜是聚光太阳能系统(CPV)中重要的光学部件之一。当透镜面垂直面向太阳时,光线将会被聚焦在电池片上,汇聚了更多的能量,因而需要较小的电池片面积,大大节约了成本。
  应用菲涅尔透镜能够将太阳光聚焦到入光面1/10至1/1000甚至更小的接收面(高性能电池片)上,比传统平板光伏(FPV)发电效率提高30%以上,满足太阳能聚光发电(CPV)和聚热系统(TPV)中高能量高温需求。
  国内拥有菲涅尔透镜设计及制造能力的公司不多,成都菲斯特科技有限公司作为成都光电显示工程技术中心的依托单位,从1999年开始致力于菲涅尔透镜的研究、开发和生产。
  拥有先进的大型单点金刚石超精密模具加工设备和多种生产手段,擅长大型、高精密菲涅尔透镜的设计、开发和生产,最大模具加工直径可达Φ2000mm。
菲斯特生产的菲涅尔透镜质量:
 光透过率达90%以上;
 光线会聚率75-85%;
 厚度误差: ±0.05(毫米);;
 平面度误差:在直径为50毫米的范围内,误差小于0.1毫米;
 结构面和光面的光洁度均小于Ra0.2;
 结构上齿顶的圆弧R≤4微米;
 耐侯性15-20年,受PMMA材料特性的影响。
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