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聚光光伏：吹响规模化商用的号角 |
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| http://cn.newmaker.com
3/22/2011 3:18:00 PM
《太阳能发电》杂志
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作者:张志伟
聚光光伏发电技术研究始于上世纪70年代的石油危机，随着技术的日趋进步，近几年取得了较大的发展，目前全球已经开展了很多研究项目，并建成了许多示范工程。但截至目前，全世界用于聚光光伏的投资仅10亿美元，而且投资项目规模小、范围窄。
所谓聚光光伏(CPV)技术是通过透镜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高、面积小的光伏电池上，其基本原理就跟用放大镜点着火柴的原理一样。但是，由于聚光之后将在电池表面积聚很多热量，对于聚光电池尤其是高倍聚光电池而言，散热效果较差的传统晶体硅太阳能电池并不适用。
与晶硅和薄膜电池技术相比，聚光光伏采用多结的III-V族化合物电池具有很多优点。首先，多结电池具有宽光谱吸收的特点，能大大提高转换效率；其次，多结电池温度系数小，适合在高温下工作，因而可以采用高倍聚光技术以减小电池使用面积；此外，以相对廉价的聚光器件替代昂贵的半导体材料，在大规模应用于发电时可有效降低成本、降低生产能耗。
记者了解到，晶体硅太阳能电池的理论转换效率大概为26%，多结的III-V 族电池理论转换率可超过60%，充分体现了其宽光谱吸收器件的优势。
“对多结电池而言，在聚光之后其转换效率可以从30%增加到38%以上。”对III-V族半导体材料深有研究的俞容文博士告诉记者。聚光倍数的增加也将使太阳能电池芯片的材料得到节省，从而使成本得到降低。如果多结电池聚光倍数为1000倍，则所需的芯片面积仅为受光面积的1/1000。经测算，1MW的多结聚光太阳能电站，其所用的多结半导体材料仅为67克。相比如采用多晶硅技术, 硅材料重量将在10吨左右.
在技术与成本的“转换”上，上海聚恒太阳能有限公司表示已经取得了突破。据聚恒太阳能总经理容岗介绍，该公司在山东新建的200KW高倍聚光光伏示范电站采用的是576倍的光学系统，光电转化率为25%，是目前国内光伏系统中最高的。容岗表示，由于光电转化率高于多晶硅光伏电池，因而该系统使用的土地仅为晶体硅光伏系统的50%-60%，硅基薄膜的20%-30%，因而在土地价格相对昂贵的城市近郊地区有较大的成本优势。在高倍聚光的条件下，组件如果无法与太阳光保持90度垂直，汇聚起来的光线就投射不到电池上，高效转化也就无从谈起了。聚恒该系统能确保偏差范围在0.5度以内，实际运转在0.2度之间，技术与成本的“转换”得以实现。
尽管聚光光伏技术的研发历史已经有30多年，但聚光光伏电站的商业化运营目前在全球范围内仍处于起步阶段。在我国，已有多家企业开始尝试在该领域实现突破。记者了解到，由厦门三安光电在青海格尔木独立设计、安装的规模为1MW的示范电站，目前已并网发电。
在电池的研发和产业化方面，我国航天系统、电子科技系统的多个研究所也在致力于聚光太阳能电池芯片的研发和生产。
聚光光伏市场具有高速增长潜力，据业内人士介绍，目前全球的聚光光伏系统装机容量不到200MW，预计今后几年内，随着技术优势和成本优势的体现，市场规模将有井喷式的增长。未来10年，全球聚光光伏年均增速预计在40%以上，到2020年行业总产值可达500亿元左右。我国目前仅有少量示范电站，随着光伏装机容量的提升，聚光光伏的市场也将逐渐打开。
从长期来看，聚光光伏系统不会也不可能完全取代晶体硅和薄膜电池的市场。聚光光伏系统适合于超大规模的光伏电站，而晶体硅和薄膜电池除了适合于大型光伏电站外，还适用于较小型的家用、商用和建筑一体化等发电系统。据容岗介绍，由于进入该领域的系统厂商越来越多，因此对电池片的需求也吸引了一系列芯片制造商的进入。三星、JDSU等国际大厂都已经有了进入电池片领域的计划，这必然会带来成本的大幅下降，这对聚光光伏行业来说是好消息。湘财证券新能源行业研究员侯文涛认为，随着该技术的进一步成熟，这一市场也会不断变大，好比早期的多晶硅电池，技术的成熟与市场竞争的加剧将一定程度上缓解聚光光伏系统的成本压力。
不过，聚光光伏系统技术门槛较高，其太阳能电池生产技术和系统集成技术复杂，核心技术三结砷化镓电池外延技术目前只有少数的几个厂家掌握，因此真正实现商业化还有很长的路要走。
在成本方面，聚光光伏的太阳跟踪系统、维护保障系统等方面的成本也不容忽视。尽管普通的晶体硅光伏系统也需要跟踪系统，但高倍聚光光伏的太阳跟踪系统对精确度的要求更“苛刻”，一方面是为了保证太阳光能准确地聚焦到太阳能电池芯片，另一方面也是避免对芯片周边的组件材料造成损害；而太阳跟踪系统精确度的提升也会使得成本大幅增加。另外，周边环境对聚光光伏系统的影响也很大，例如，在刮风的时候，小幅的倾斜对晶体硅电池几乎没有影响，但很可能会对聚光光伏系统的聚光效果产生致命的影响。
据上海太阳能工程技术研究中心主任李红波介绍，该中心已经完成了一个千瓦的聚光光伏示范工程，该项目已经运行两年，目前正在建设一个50KW的示范工程。在示范工程运行过程中，该中心已经解决了很多难题，但又陆续出现了很多新的问题需要去解决。
2007年12月，CPV的第一个标准（IEC 62108）获得通过。该标准提出了对CPV模组稳定性测试。这些测试包括电力测试、耐候性测试、机械性测试和环境条件测试。目前也有很多实验室正在申请测试承担机构认证。系统在安装之前必须通过标准中这些最重要的测试，在执行标准程序过程中，不断改进设计和系统修改以符合IEC测试。隔离测试和湿热测试是其中最难的考验，因为模组需要显示防水的同时保持电隔离。其他标准还在开发中，包括CPV模组电力评定，CPV系统能量等级评定以及追踪要求和安全要求。
随着现有的技术，已通过并发布的行业标准，一些示范电厂安装和运行情况参考，CPV行业正在经历非凡的进步。CPV和电池厂家的数量在过去两年大大增加，CPV装机量达到相当可观的规模。尽管CPV仍然处在发展的早期阶段，但已具备快速发展的潜力，随着各国政策的支持，全球CPV市场将获得快速发展。我们期望，该技术能早日解决技术稳定性并大力降低成本，以促进光伏发电尽快实现平价上网的目标。
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