據(jù)外媒近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)發(fā)表在《自然能源》上的一項(xiàng)新研究表明，科學(xué)家們已經(jīng)制造出了一種效率接近50%的太陽(yáng)能電池。
通過(guò)現(xiàn)代工程和納米技術(shù)的魔力，這種新型太陽(yáng)能電池總共包含約140種各種III-V材料層，以支持這些連接點(diǎn)的性能，但它比一根頭發(fā)還窄。
研究人員表示，目前該六結(jié)太陽(yáng)能電池保持著47.1%的最高轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄，這是在集中照明下測(cè)量的。即使在太陽(yáng)光下的轉(zhuǎn)換效率也高達(dá)39.2%，這也是目前最高的記錄。
雖然效率很高，但高昂的制造成本限制了其大規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用，目前僅用于衛(wèi)星供電等特殊領(lǐng)域，在這些特殊領(lǐng)域往往需要電池體積越小越好，而完全不用擔(dān)心資金問(wèn)題。
如何克服其高成本劣勢(shì)同時(shí)發(fā)揮高效的特點(diǎn)，使其得以應(yīng)用于更多市場(chǎng)領(lǐng)域甚至實(shí)現(xiàn)居民日常生活應(yīng)用呢?
目前科學(xué)家們正在嘗試將其與聚光技術(shù)結(jié)合起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)更經(jīng)濟(jì)的部署。
據(jù)上述新型太陽(yáng)能電池研發(fā)人員之一的NREL科學(xué)家Ryan France介紹，降低成本的一個(gè)方法是減少所需的面積，可以通過(guò)使用鏡子捕捉光線(xiàn)并將光線(xiàn)聚焦到某一點(diǎn)來(lái)做到這一點(diǎn)。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是把聚光技術(shù)與高效太陽(yáng)能電池結(jié)合起來(lái)，使用大面積相對(duì)便宜的鏡場(chǎng)來(lái)搜集太陽(yáng)能并聚焦于太陽(yáng)能電池，以減少太陽(yáng)能電池的用量以平衡成本。
事實(shí)上，類(lèi)似的光熱光伏技術(shù)混合思路早已存在，國(guó)內(nèi)外一些科研單位和企業(yè)已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，也有一些項(xiàng)目在布局。
據(jù)CSPPLAZA此前報(bào)道，致力于通過(guò)創(chuàng)新型的CSPV技術(shù)生產(chǎn)更高效更廉價(jià)的太陽(yáng)能清潔電力的澳大利亞Raygen公司此前剛剛宣布，該公司已從澳大利亞可再生能源署(ARENA)獲得300萬(wàn)澳元，用于對(duì)一個(gè)以水為儲(chǔ)存介質(zhì)的光熱發(fā)電試點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行可行性研究。
該項(xiàng)目便將采用Raygen公司開(kāi)發(fā)的CSPV技術(shù)，該技術(shù)將光伏發(fā)電與集中式太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，可以同時(shí)產(chǎn)生電力和熱量。和常見(jiàn)的塔式技術(shù)一樣，其采用定日鏡反射陽(yáng)光至集熱塔產(chǎn)生高溫?zé)崮?，聚光倍?shù)為750倍，每一個(gè)塔式模塊安裝一個(gè)大小約1平方米的高效聚光GaInP/GaAs/Ge三結(jié)太陽(yáng)電池，發(fā)電功率為200kW。
據(jù)RayGen業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)主管Will Mosley介紹，該技術(shù)可以使所搜集到的太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%左右，其中約三分之一被太陽(yáng)能電池直接轉(zhuǎn)換為電能，另外約三分之二與水換熱轉(zhuǎn)化為熱能儲(chǔ)存起來(lái)。
近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所傳熱傳質(zhì)研究中心也在致力于基于高強(qiáng)度傳熱技術(shù)研制出高倍聚光光伏電池的控溫冷卻方法方面的研究，目前也已取得一些進(jìn)展。
由于聚光光伏電池在高溫環(huán)境下發(fā)電效率較低，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所課題組將散熱和熱利用巧妙結(jié)合，開(kāi)發(fā)了獨(dú)特的高效散熱兼熱回收系統(tǒng)，將回收的余熱用于冬季供暖和夏季制冷除濕，給用戶(hù)提供冷熱濕電一體化解決方案，既可有效降低單位投資成本，又能滿(mǎn)足用戶(hù)的各種需求。
這種光伏光熱一體化系統(tǒng)，適合于鄉(xiāng)村校舍、醫(yī)院、廠(chǎng)房等公共建筑，偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村和別墅區(qū)用戶(hù)，海島、邊防站以及光伏農(nóng)業(yè)等，具有廣闊市場(chǎng)前景。
針對(duì)高倍聚光光伏光熱一體化系統(tǒng)，該課題組完成了聚光光伏發(fā)電及余熱利用系統(tǒng)的熱力學(xué)建模和優(yōu)化分析，確定了最佳運(yùn)行參數(shù)和方案。對(duì)于光伏電池的控溫問(wèn)題，課題組設(shè)計(jì)研發(fā)了以熱管技術(shù)為核心的被動(dòng)式傳熱控溫器件，實(shí)現(xiàn)聚光光伏電池?zé)崦鏈囟鹊目刂埔约坝酂岬膫鬟f和轉(zhuǎn)換。在實(shí)驗(yàn)方面，課題組對(duì)研發(fā)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模組箱進(jìn)行了室外實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明模組發(fā)電效率平均達(dá)到26%，太陽(yáng)能綜合利用率超過(guò)75%，均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
目前，該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在河北衡水建設(shè)發(fā)電量15kW的高倍聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)并計(jì)劃后續(xù)在衡水地區(qū)展開(kāi)中等規(guī)模的示范推廣，并進(jìn)一步推向光伏農(nóng)業(yè)、海島邊防區(qū)等民用領(lǐng)域。
此外，該技術(shù)還可以與火電廠(chǎng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)光煤互補(bǔ)發(fā)電，并用余熱制冷解決火電空冷機(jī)組的渡夏問(wèn)題。
評(píng)論