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“优劣兼具”的高倍聚光光伏

北极星太阳能光伏网  来源:《光伏产业观察》杂志 王梓    2013/11/5 14:07:25  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:经过30多年的发展,高倍聚光光伏(HCPV)电池作为第三代太阳能发电技术正逐渐成为太阳能领域的新焦点,引起了行业内企业的追逐。

近日,据媒体报道,利达光电投资的南阳新能源产业聚集区内300kW高倍聚光太阳能电站实现并网。到2015年该电站具有500MW的生产能力,实现销售收入60亿元,利润10亿元(公司现市值12.9亿)。该电站是我国第一个最大的具有完全自主知识产权的高倍聚光太阳能电站。全面地解决目前太阳能发电效率低、成本高的问题,使太阳能的综合利用率达到70%以上。

经过30多年的发展,高倍聚光光伏(HCPV)电池作为第三代太阳能发电技术正逐渐成为太阳能领域的新焦点,引起了行业内企业的追逐。在日光照射较好的几个欧美国家,已通过了优惠的上网电价法,随着具有40%转换效率的Ⅲ-V族半导体多结太阳能电池的普及和成本下降,高倍聚光光伏电池市场进入快速增长期。与前两代电池相比,HCPV采用多结的砷化镓电池,具有宽光谱吸收、高转换效率、良好的温度特性、低耗能的制造过程等优点,使它能在高倍聚焦的高温环境下仍保持较高的光电转换效率。高倍聚光光伏系统技术门槛较高且行业跨度大,涵盖半导体材料及工艺制造、半导体封装、光学设计制造、自动化控制、机械设计制造、金属加工等领域。HCPV行业的产品包括了多结电池片外延材料、光电转换芯片、光接收器组件、聚光器、光伏模组、双轴跟踪器等。

优势明显

与硅基材料相比,基于III-V族半导体多结太阳能电池具有最高的光电转换效率,大致要比硅太阳能电池高50%左右。III-V族半导体具有比硅高得多的耐高温特性,在高照度下仍具有高的光电转换效率,因此可以采用高倍聚光技术,这意味着产生同样多的电能只需要很少的太阳电池芯片。多结技术一个独特的方面就是材料--可选择不同的材料进行组合使它们的吸收光谱和太阳光光谱接近一致,相对晶硅,这是巨大的优势。后者的转换效率已近极限(25%),而多结器件理论上的转换效率可达68%。目前最多使用的是由锗、砷化镓、镓铟磷3种不同的半导体材料形成3个p-n结,在这种多结太阳能电池中,不但这3种材料的晶格常数基本匹配,而且每一种半导体材料具有不同的禁带宽度,分别吸收不同波段的太阳光光谱,从而可以对太阳光进行全谱线吸收。

HCPV芯片的生产过程如下,首先利用MOCVD技术在4英寸锗衬底上外延砷化镓和铟镓磷形成3结电池片的材料,然后在外延片上利用光刻、PECVD、蒸镀等技术,制备减反膜以及主要成份为银的金属电极,再经划片清洗等工艺,生产出HCPV芯片。HCPV芯片的主要生产商有美国的Spectrolab、Emcore,德国的Azurspace,加拿大Cyrium,中国台湾Arima、Epistar等。衬底剥离的芯片和量子点技术是目前HCPV芯片领域的新热点。

除了高转化率之外,高倍聚光光伏还具有温度系数小、电网匹配性好(日发电量高)、对环境友好(占地少、土地可综合利用)、效率可提升性强等特点。首先,应用于高倍聚光光伏的多结Ⅲ-Ⅴ族电池电池本身可以在较高温度下工作并能维持较好的效率,而且每一个聚光电池后面都配有一个散热器,因此在外部温度变化较大的情况下,相比较晶硅及薄膜电池,其本身的效率影响不会很大。据测算,聚光光伏电池在气温每升高一度后,效率的降低仅仅是晶硅电池的三分之一。

其次,高倍聚光光伏系统中安装了太阳能跟踪器,这样就能够保证组件始终垂直于太阳光,从而可以在一天内最大限度的吸收太阳光,确保组件的发电效率始终与太阳辐照同步,发电曲线与用电负荷曲线很匹配。同时,由于聚光光伏组件的转化效率高,单位面积功率比较大,这使得相同装机容量下的聚光光伏电站会比其它类型的光伏电站占地面积要小。每个单独的聚光跟踪系统又有支架做支撑远离地面,对土地的平整度要求低,土地还可以继续种植草坪、低矮灌木等综合利用。

最后,经过相关测算数据显示,晶体硅及薄膜太阳能电池的理论转换能大约能达到28%,而多结的III-V族电池理论转换率可超过60%,可见,目前聚光电池转化效率已达到了40%左右,但其可提升的空间还是很大的。

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