光热+光伏热电联产的一种理想模式 太阳能电池转化效率可达90%左右

北极星太阳能光伏网讯:据外媒近日报道，美国国家可再生能源实验室（NREL）发表在《自然能源》上的一项新研究表明，科学家们已经制造出了一种效率接近50%的太阳能电池。

（来源：微信公众号“CSPPLAZA光热发电平台”ID：icspplaza）

通过现代工程和纳米技术的魔力，这种新型太阳能电池总共包含约140种各种III-V材料层，以支持这些连接点的性能，但它比一根头发还窄。

研究人员表示，目前该六结太阳能电池保持着47.1%的最高转换效率的世界纪录，这是在集中照明下测量的。即使在太阳光下的转换效率也高达39.2%，这也是目前最高的记录。

虽然效率很高，但高昂的制造成本限制了其大规模市场应用，目前仅用于卫星供电等特殊领域，在这些特殊领域往往需要电池体积越小越好，而完全不用担心资金问题。

如何克服其高成本劣势同时发挥高效的特点，使其得以应用于更多市场领域甚至实现居民日常生活应用呢？

目前科学家们正在尝试将其与聚光技术结合起来，以实现更经济的部署。

据上述新型太阳能电池研发人员之一的NREL科学家Ryan France介绍，降低成本的一个方法是减少所需的面积，可以通过使用镜子捕捉光线并将光线聚焦到某一点来做到这一点。

简单来说，就是把聚光技术与高效太阳能电池结合起来，使用大面积相对便宜的镜场来搜集太阳能并聚焦于太阳能电池，以减少太阳能电池的用量以平衡成本。

事实上，类似的光热光伏技术混合思路早已存在，国内外一些科研单位和企业已经取得了一定进展，也有一些项目在布局。

据CSPPLAZA此前报道，致力于通过创新型的CSPV技术生产更高效更廉价的太阳能清洁电力的澳大利亚Raygen公司此前刚刚宣布，该公司已从澳大利亚可再生能源署（ARENA）获得300万澳元，用于对一个以水为储存介质的光热发电试点项目进行可行性研究。

该项目便将采用Raygen公司开发的CSPV技术，该技术将光伏发电与集中式太阳能光热发电技术相结合，可以同时产生电力和热量。和常见的塔式技术一样，其采用定日镜反射阳光至集热塔产生高温热能，聚光倍数为750倍，每一个塔式模块安装一个大小约1平方米的高效聚光GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池，发电功率为200kW。

据RayGen业务开发主管Will Mosley介绍，该技术可以使所搜集到的太阳能的转化率达到90%左右，其中约三分之一被太阳能电池直接转换为电能，另外约三分之二与水换热转化为热能储存起来。

近年来，中国科学院工程热物理研究所传热传质研究中心也在致力于基于高强度传热技术研制出高倍聚光光伏电池的控温冷却方法方面的研究，目前也已取得一些进展。

由于聚光光伏电池在高温环境下发电效率较低，中国科学院工程热物理研究所课题组将散热和热利用巧妙结合，开发了独特的高效散热兼热回收系统，将回收的余热用于冬季供暖和夏季制冷除湿，给用户提供冷热湿电一体化解决方案，既可有效降低单位投资成本，又能满足用户的各种需求。

这种光伏光热一体化系统，适合于乡村校舍、医院、厂房等公共建筑，偏远乡村和别墅区用户，海岛、边防站以及光伏农业等，具有广阔市场前景。

针对高倍聚光光伏光热一体化系统，该课题组完成了聚光光伏发电及余热利用系统的热力学建模和优化分析，确定了最佳运行参数和方案。对于光伏电池的控温问题，课题组设计研发了以热管技术为核心的被动式传热控温器件，实现聚光光伏电池热面温度的控制以及余热的传递和转换。在实验方面，课题组对研发设计的系统模组箱进行了室外实验测试，结果表明模组发电效率平均达到26%，太阳能综合利用率超过75%，均达到国际先进水平。

目前，该研究团队已经在河北衡水建设发电量15kW的高倍聚光光伏发电系统并计划后续在衡水地区展开中等规模的示范推广，并进一步推向光伏农业、海岛边防区等民用领域。

此外，该技术还可以与火电厂结合，实现光煤互补发电，并用余热制冷解决火电空冷机组的渡夏问题。