據(jù)外媒近日報道，美國國家可再生能源實驗室(NREL)發(fā)表在《自然能源》上的一項新研究表明，科學家們已經(jīng)制造出了一種效率接近50%的太陽能電池。
通過現(xiàn)代工程和納米技術(shù)的魔力，這種新型太陽能電池總共包含約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)太陽能電池保持著47.1%的最高轉(zhuǎn)換效率的世界紀錄，這是在集中照明下測量的。即使在太陽光下的轉(zhuǎn)換效率也高達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)模市場應用，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，而完全不用擔心資金問題。
如何克服其高成本劣勢同時發(fā)揮高效的特點，使其得以應用于更多市場領(lǐng)域甚至實現(xiàn)居民日常生活應用呢?
目前科學家們正在嘗試將其與聚光技術(shù)結(jié)合起來，以實現(xiàn)更經(jīng)濟的部署。
據(jù)上述新型太陽能電池研發(fā)人員之一的NREL科學家Ryan France介紹，降低成本的一個方法是減少所需的面積，可以通過使用鏡子捕捉光線并將光線聚焦到某一點來做到這一點。
簡單來說，就是把聚光技術(shù)與高效太陽能電池結(jié)合起來，使用大面積相對便宜的鏡場來搜集太陽能并聚焦于太陽能電池，以減少太陽能電池的用量以平衡成本。
事實上，類似的光熱光伏技術(shù)混合思路早已存在，國內(nèi)外一些科研單位和企業(yè)已經(jīng)取得了一定進展，也有一些項目在布局。
據(jù)CSPPLAZA此前報道，致力于通過創(chuàng)新型的CSPV技術(shù)生產(chǎn)更高效更廉價的太陽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300萬澳元，用于對一個以水為儲存介質(zhì)的光熱發(fā)電試點項目進行可行性研究。
該項目便將采用Raygen公司開發(fā)的CSPV技術(shù)，該技術(shù)將光伏發(fā)電與集中式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，可以同時產(chǎn)生電力和熱量。和常見的塔式技術(shù)一樣，其采用定日鏡反射陽光至集熱塔產(chǎn)生高溫熱能，聚光倍數(shù)為750倍，每一個塔式模塊安裝一個大小約1平方米的高效聚光GaInP/GaAs/Ge三結(jié)太陽電池，發(fā)電功率為200kW。
據(jù)RayGen業(yè)務開發(fā)主管Will Mosley介紹，該技術(shù)可以使所搜集到的太陽能的轉(zhuǎn)化率達到90%左右，其中約三分之一被太陽能電池直接轉(zhuǎn)換為電能，另外約三分之二與水換熱轉(zhuǎn)化為熱能儲存起來。
近年來，中國科學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，中國科學院工程熱物理研究所課題組將散熱和熱利用巧妙結(jié)合，開發(fā)了獨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，又能滿足用戶的各種需求。
這種光伏光熱一體化系統(tǒng)，適合于鄉(xiāng)村校舍、醫(yī)院、廠房等公共建筑，偏遠鄉(xiāng)村和別墅區(qū)用戶，海島、邊防站以及光伏農(nóng)業(yè)等，具有廣闊市場前景。
針對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)的熱力學建模和優(yōu)化分析，確定了最佳運行參數(shù)和方案。對于光伏電池的控溫問題，課題組設計研發(fā)了以熱管技術(shù)為核心的被動式傳熱控溫器件，實現(xiàn)聚光光伏電池熱面溫度的控制以及余熱的傳遞和轉(zhuǎn)換。在實驗方面，課題組對研發(fā)設計的系統(tǒng)模組箱進行了室外實驗測試，結(jié)果表明模組發(fā)電效率平均達到26%，太陽能綜合利用率超過75%，均達到國際先進水平。
目前，該研究團隊已經(jīng)在河北衡水建設發(fā)電量15kW的高倍聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)并計劃后續(xù)在衡水地區(qū)展開中等規(guī)模的示范推廣，并進一步推向光伏農(nóng)業(yè)、海島邊防區(qū)等民用領(lǐng)域。
此外，該技術(shù)還可以與火電廠結(jié)合，實現(xiàn)光煤互補發(fā)電，并用余熱制冷解決火電空冷機組的渡夏問題。
評論