DOE资助上亿美元推进太阳能发电技术研发和部署

DOE日前宣布资助1.28亿美元用于支持太阳能发电技术研发项目，以进一步推进太阳能发电、并网集成和相关制造技术研发突破，提升效率减少安装成本和发电成本，提升太阳能电力经济性，同时改善集成太阳能电力电网的稳定性和弹性，进而扩大太阳能电力在全美的部署规模。本次资助重点聚焦五大主题，包括：（1）光伏发电技术；（2）聚光太阳能热发电技术；（3）系统软成本削减；（4）太阳能制造业创新；（5）先进的太阳能并网集成技术。具体内容如下：

（来源：微信公众号“先进能源科技战略情报研究中心”ID：CASEnergy）

1、光伏发电技术研发（21个项目，总额2360万美元）

•光伏联合研发项目：研发并验证使用低温和超声波加工III-V族化合物晶圆工艺的可行性，以代替金属切割减少材料浪费、降低制备成本并提高晶圆基板的使用寿命；利用先进电池模块原型制造设施，来提高发射极和背面钝化电池（PERC）制造工艺水平，降低生产成本；针对背接触的CdTe太阳电池开发高性能背接触材料和工艺，以在减少功率损失前提下将该电池效率提升到25%水平；利用机器学习、大数据等数字技术开发光伏电站的故障自动监测和诊断系统，以减少意外事故发生频率，同时减少人工成本进而降低发电成本；开发低成本、高效规模化生产稳定钙钛矿太阳电池的沉积技术；开发高效、低成本、稳定的双面钙钛矿太阳电池卷对卷生产工艺；开发新型的封装密封剂，能够有效吸收钙钛矿中泄漏出的铅元素；对暴露在高温、强光和其他潜在损害因素的环境下钙钛矿太阳电池进行电池结构的原位表征，研究其降解衰退机制；开发浮法硅晶片的制作工艺替代传统的线锯切割工艺，减少制备过程的材料浪费。

•小型创新项目：开发新型的超声波表征手段用于表征太阳电池封装模块中的EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）交联度，来减少层压缺陷产生；开发新型低成本长寿命（25年）的空穴材料，以将钙钛矿太阳电池效率提升到超过30%水平；探索PERC结构P型硅基电池光、高温诱导的性能衰退机理；开发横截面原位表征工具来观测光伏器件中载流子的迁移情况，探明载流子的动力学机理；利用机器学习、大数据来收集和分析光伏电站运行数据，指导优化光伏电站设计，并对新电站进行技术经济评估，减少电站成本；搭建一个利用太阳能作为供能系统的兔子饲养房，评估其技术、经济、环境的可行性；通过模拟和实验探索异质结硅基电池和PERC硅基电池的性能衰退机制；利用纳米粒子电喷雾激光沉积技术（NELD）制备PERC电池的银接触点，以提升电池性能；III-V族太阳电池衬底的回收再利用技术研发，降低制造成本；开发高性能的发射极和背面钝化CdTe电池，并研究其局域的载流子动力学行为；开发新型、低成本、环保型的天然石英石转变高纯硅的生产技术。

2、聚光太阳能发电技术研发（13个项目，总额3000万美元）

•热能存储技术；研发高效经济的长时（周或者季节性）储能系统与聚光太阳能热发电（CSP）结合，实现能量的全年度合理分配；开展高温太阳能热化学储能技术研究，以提高太阳能热发电的经济效益；开发一种新的复合陶瓷热能存储材料替代金属材料以提高存储罐的隔热性和机械强度；验证使用存储液化石油气的大型储罐来收集并存储太阳能产生的热蒸汽技术经济可行性。

•材料和制造研究：用于集中式CSP发电厂的超临界CO2循环系统换热器中镍合金的蠕变和疲劳特性研究；开发新型的压缩机用于超临界CO2动力循环系统，集成到CSP电站改善发电性能；开发利用金属粉末压制方法制备超临界CO2动力循环系统组件的工艺，以降低制造成本；碳化硅接收器替代金属合金用于CSP电厂存储高温熔融氯化物盐，增加接收器耐热性和耐腐蚀性，延长寿命；研究第三代CSP发电系统中各组件、焊接件的热机械行为，探索优化工艺延长组件寿命；针对以超临界CO2作为工质的CSP电站开发新型的自润滑、高效碳纳米管阵列刷式密封，提升涡轮机效率同时减少成本；开发耐氧化、热机械性能优异（能够承受超临界CO2、熔融盐腐蚀和800℃高温）的陶瓷复合换热器；开发一款耐高温、抗冻的熔融盐阀，可减轻CSP高温工作环境下的泄漏和冻结，减少因冻结和停机而造成的运行和管理负担；开发基于偏振技术的成像系统，提高光线测量的灵敏度，用于评估CSP集热器系统的性能。

3、系统软成本削减（19个项目，总额1760万美元）

•构建合作伙伴解决监管问题：成立区域太阳能项目管理协会，召集公共部门和私营部门的利益相关方，为地方政府、特区和其他有权安装大型太阳能项目的当局确定最佳实践，将开发相关工具包用于太阳能项目的审批、许可和法规流程制定；组建可再生能源协会，汇聚智慧达成共识，提出太阳能和“太阳能+储能”项目许可审批流程和监管框架相关建议；开发一个在线网络安全工具包，以帮助太阳能行业的决策者、监管机构、公用事业单位以及州和地方政府在其辖区内制定有关太阳能基础设施的网络安全政策；将与美洲原住民部落合作制定相关监管方案，解决部落部署光伏发电和“太阳能+储能”系统的障碍；通过确定太阳能设施共同受益权人，共同开展太阳能系统安装地点的雨水渗透和径流现场研究；开发一种用于绘制二次低压的电路新方法，加速公用事业单位批准太阳能连接到电网的互连过程；培训城镇居民有效参与太阳能电力批发市场和公用事业规划过程，帮助城镇评估太阳能发展潜力。

•通过数据采集和分析评估太阳能基础设施对禽类生活环境影响：开发深度学习计算机视觉框架以监视禽类与太阳能基础设施的交互作用，通过收集和分析数据有效减少太阳能设施对禽类生活环境影响；使用两种互补的遥感技术（无人机和3D成像）开发用于机器学习模型来监控生活在太阳能设施附近的鸟类；建立一个框架用以指导鸟类“羽毛斑”基因表征，并了解太阳能设施对候鸟种群的影响。

•太阳能融资方法创新：针对低收入社区，研究和开发全新的太阳能产业融资模式和所有权结构，以拓宽融资渠道，推动太阳能产业在低收入社区的发展；利用联邦低收入家庭能源援助计划（LIHEAP）、州和地方激励措施以及其他资金来源促进中低收入社区太阳能设施部署；为公用事业单位、太阳能开发商以及社区和地区金融机构提供一系列太阳能发展的成功案例和最佳实践，以提升中低收入社区使用太阳能的经济承受能力；设计和实施灵活的金融信贷协议，以增加中低收入社区的选择和提高太阳能经济承受能力，解决太阳能部署障碍；与社区金融机构合作，创建培训计划和共享资本平台，从而扩大信用合作社、社区银行和社区发展金融机构在低收入社区中太阳能融资的参与度。

•太阳能软件开发：开发简化的太阳能电力上网评估软件，以帮助农村社区和小型公用事业单位更加轻松快捷地部署太阳能电力系统；开放一个小型、经济的光伏系统模拟和分析平台，以从数据系统获取真实数据进行模拟计算，获得最佳运行模式，提升发电效率，降低太阳能光伏服务商运维成本；开展太阳能电力高比例并网电网的长期模拟仿真。

4、太阳能制造业（7个项目，总额680万美元）

开发并测试模块化的单源气相沉积（SSVD）电池制造平台，以实现下一代薄膜太阳电池（钙钛矿太阳电池）高通量低成本规模化制造；开发一种机械破碎碳化硅晶圆制造技术，减少制造过程的材料浪费，提高产率降低成本；开发一种具有成本效益的金属浆料，以增强太阳电池中的金属连接，提高其抗断裂性，并最大程度地减少由降解和封装处理引起的裂纹，延长电池寿命；开发用于高效制造透明导电薄膜的单束离子源沉积技术，降低导电薄膜制造成本；先进的分布式电网基础设施，减少分布式太阳能系统的安装和材料成本；新型的太阳能玻璃的减反射和防污涂层技术；发展光伏电站现场安装工厂，以缩减时间和经济成本。

5、先进并网集成技术（15个项目，总额5000万美元）

•配电网自适应保护：开发和测试稳定可靠的太阳能光伏设施模型，以使电力系统工程师能够计划、操作和保护输配电系统；开发一个匹配太阳能光伏系统的自适应配电保护系统，该系统使用动态模型来确定电网运行状态是否健康；开发大型光伏系统高级模型套件，用以捕获不同条件下系统运行的动态信息，以减少瞬时停电，提高系统稳定性；高比例太阳能并网电网的自适应保护和控制系统，提高保护系统的选择性和灵敏度；开发具有高级量测体系（AMI）数据集成功能的分布式能源的风险信息分层控制系统，以提高太阳能占比的电网系统可靠性；通过储能技术、人工智能和区块链技术实现对富余太阳能的优化利用。

•先进光伏控制技术和网络安全技术：开发基于逆变器的电网建模和自动化分析工具系统，研究太阳能并网对大电网稳定性影响；开发和部署适用于分布式能源系统的安全通信技术，提高分布式能源网络安全性；研究和验证100%可再生能源的微电网技术，能够在变化的条件下保持电压和频率稳定来改善电网的稳定性和弹性；开发一种不依赖通信网络的防黑客逆变器，即使出现电网故障也可以避免连锁停电，并且无需借助传统发电机的帮助即可启动电网；开发并示范一种具有网络弹性的光伏配电系统的主动防御机制，防范网络攻击，解决光伏系统的逆变器和系统级网络安全问题。