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第二,第三代光伏电池使用价格较低的高通量印刷和涂层技术,该技术在制造期间耗能较少且设备投资较低,因此会比之前几代的成本大大降低。如,制造第一代和第二代电池时需要清洁的室内环境,而第三代则不需要。
第三,第三代光伏电池具有灵活性。具体来说,其较高的吸光性可以使其厚度只有几微米,且具有高透明度,因此,可以通过丝网印刷印在窗户上。这样一来,我们就可以把电池直接安装在建筑物内。将来,从建筑物到大桥再到其他,所有一切都可以是一家大型发电厂,毫不费力地获取太阳能来满足我们不断增长的需求。
2. 3D太阳能电池板
第二个比较突出的创新在于形状而不是性能,即3D太阳能电池板。与2D板不同的是,根据原型机测试,3D太阳能板可以捕获到几乎所有照射在太阳能板上的阳光。其实,平面太阳能板之所以效率低是因为它会反射阳光。根据历史记录,第一台3D太阳能板是由佐治亚技术研究院于2007年设计而成。如今,众多的大学和公司都在研究新的设计。
由麻省理工学院(MIT)工程教授杰弗里·格罗斯曼(Jeffrey Grossman)及其团队设计于2012年3月设计了一款新型3D太阳能板。这种垂向手风琴式的塔状结构比传统平面排列电池的发电量每平方英尺要高出20倍,并且在阴天和晴天的发电量几乎一样,而这正是2D太阳能板的短板。这一形状是通过一个定制的软件分析工具优选出来的;该软件测试了无数太阳能板结构,来确定哪种结构能够生产最多的电能,然后再对性能最高的结构的易制性、运输及成本进行评估。
MIT团队认为,一般来说,在有限的空间内(比如平顶装置或城市环境中),3D形状比平面板具有更大的优势。同时3D形状还可用于大规模应用,如太阳能电场,只要各塔之间的遮光效能尽量降到最低,目前这个团队正着手处理这一挑战。由于3D板在需要的时候能够平直不折叠地进行运输,因此,格罗斯曼还认为3D太阳能塔有望用作电动汽车的充电站 – 这是一个有趣的且具潜在的理论。
尽管如此,3D板要取得成功,仍然需要克服商业可行性上的各种障碍。比如,与普通的2D结构相比,塔状结构覆盖相同的面积就需要更多的太阳能板,这样一来就会增加制造的成本。可是,有人认为,因为3D板可以全天以最佳角度捕获阳光,3D形状可以降低对机械太阳跟踪系统的需求,从而抵消增加的成本。不论如何,最终新的技术都要进行严格的可行性和可靠性测试;生产技术在大规模生产前需要进行优化。
成功的关键要素
我认为,就像所有新型技术一样,目前发展太阳能最大的障碍在于实现经济可行性的同时保证产品质量。太阳能电池板的长期可靠性是其能否被市场接受的关键。通过在实际操作环境中进行产品的可靠性测试,生产商和操作者可以预估产品在实施时产生的能量。太阳能电池板能否在其产品生命周期内持续提供能量是一个至关重要的因素。太阳能电池板预设的生命周期是25年以上,因此在实验室和所有生产阶段对其进行测试是确保其能够达到预设生命周期的关键。通过在研发过程中和安装前进行较强的可靠性测试,可以将其在实际操作中的失败率降至最小,而在实际操作中的失败会导致无法挽回的损失或降低能源生产的效率。
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