聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)難點解析

聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)難點解析

　一、前言

　　太陽能發(fā)電系統(tǒng)的價格一直居高不下！主要原因是因為太陽能的密度低！太陽照射到地面上的平均光強為1千瓦/平米；單晶硅的轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到23%，多晶可以達(dá)到16%，薄膜只能可以達(dá)到8%。轉(zhuǎn)換效率最高的砷化鎵電池片能到35%以上，但是用砷化鎵制造的太陽能發(fā)電系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)換效率只有25%左右。

　　所以為了降低太陽能發(fā)電系統(tǒng)的價格，增加太陽光強是一個好的解決辦法，要想增大光強需要用凸透鏡或者菲尼爾透鏡或者反光板把光聚集起來；這樣就能大大降低硅與砷化鎵的使用量，從而降低太陽能發(fā)電系統(tǒng)的價格；這就是CPV(聚光光伏發(fā)電系統(tǒng))的由來。

　　二、CPV系統(tǒng)的技術(shù)難點

　　CPV太陽能發(fā)電系統(tǒng)原理比較簡單，為什么到現(xiàn)在全世界也沒有幾家公司做出特別穩(wěn)定且便宜的發(fā)電系統(tǒng)呢！在CPV領(lǐng)域原則上講聚光倍數(shù)越高造價就越便宜但是使用聚光的方式就會出現(xiàn)以下問題。

　　1、 讓單晶硅承受較高倍聚光

　　雖然砷化鎵可以承受1000倍的光強，但是現(xiàn)在砷化鎵價格昂貴，并且砷化鎵中的砷是劇毒物質(zhì)，不可能大幅度的降低制造成本，另外在以環(huán)保為主題的國際環(huán)境下也不可能大量使用，最后只能是單晶硅；但是單晶硅一般只能承受3到5倍的光強，在CPV領(lǐng)域3到5倍的聚光幾乎不怎么能降低成本，要想大幅度降低成本必須達(dá)到10左右。為了達(dá)到10倍的聚光必須用特制的單晶硅。

　　2、 散熱：

　　普通的硅光電池板在夏日中午時溫度能到75度以上，普通的硅電池板在兩倍太陽光強下時間一長就會起泡，在5倍太陽光強下10分鐘就會就會起泡，在10倍太陽光強下5分鐘就會起泡，起泡后太陽能電池片就會被氧化，在很短的時間內(nèi)就會大幅降低效率，另外起泡后由于受熱不均勻，常常有電池片炸裂的，這樣系統(tǒng)就完全不可用。

　　如果太陽能電池板使用鋁或者銅制的散熱片進行自然散熱，需要大量的散熱片，造價特別貴，貴到比硅光片還要貴；如果使用強制風(fēng)冷，就要使用大量的電能，得不償失，并且風(fēng)扇的壽命與可靠性不高，要想達(dá)到高可靠性必須有錯誤檢查與冗余設(shè)置，這樣就會成幾倍增加造價，如果在夏天的中午風(fēng)扇壞了，整個硅光電池板有可能被徹底燒壞。如果使用水冷除了要使用電力外，造價也不便宜，水冷由于管路多，連接點多，還需要水泵，故障點必然多，可靠性還不如風(fēng)冷，當(dāng)然水冷的效率要高于風(fēng)冷，但是在故障率決定一票否決制的太陽能系統(tǒng)中不可用。

　　3、 反光板：

　　普通的鏡子，塑料反光板由于反射層與骨架層(比如玻璃)熱脹冷縮系數(shù)不一樣在室外2-4年反射面就會脫落，在沙漠高溫差地方可能幾個月就完全不能使用了，并且反光率會慢慢下降。

　　另外國內(nèi)外也有用高反射率的薄鋁板，但是這種鋁板不能經(jīng)受冰雹，并且不能擦洗，如果擦洗會產(chǎn)生永久性損傷，這種鋁板使用期限為8年左右，并且反光率逐年降低，8年就基本只有40%的反光率了，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到太陽能系統(tǒng)要求的25年；鋁板有貼保護膜的，但是保護膜造價高，也不防冰雹，不能解決所有問題。另外為了降低成本鋁板一般都為0.3毫米左右，這樣加工特別困難，加工成本特別高。

　　4、 跟蹤器：

　　光伏電池只有在聚光器的焦點才能工作，因為地球陽每時每刻都在轉(zhuǎn)動，所以必須使用跟蹤器才能保證光伏電池處于聚光器的焦點；跟蹤器是CPV系統(tǒng)的主要系統(tǒng)之一，沒有跟蹤器系統(tǒng)就不能運行，跟蹤器除了保證系統(tǒng)能運行外還能比不帶跟蹤的系統(tǒng)平均多30-40%的電。但是跟蹤器是機械結(jié)構(gòu)，長年累月的運行會出故障，并且會有磨損，跟蹤器如果出現(xiàn)故障系統(tǒng)就不能運行(發(fā)不出電)，如果有磨損了跟蹤精度就會降低，由于CPV系統(tǒng)對跟蹤精度是有要求的，如果精度降低真?zhèn)€發(fā)電系統(tǒng)就不能正常運行。

　　三、解決方法

　　為了解決CPV解決系統(tǒng)的問題，掌握CPV系統(tǒng)的核心技術(shù)，北京安信高科的陳平堅總經(jīng)理帶領(lǐng)他的研發(fā)團隊從2008年3月份開始，經(jīng)過2年多的攻關(guān)在投入了上百萬的資金，在經(jīng)過了數(shù)不清的失敗后終于悉數(shù)圓滿解決了單晶硅10倍聚光的核心技術(shù)，已獲取或者正在申請的專利達(dá)到8個之多。

　　1、 讓單晶硅承受較高倍聚光

　　我們經(jīng)過多次改良，終于制造出了能承受15倍光強的單晶硅光伏電池片，并且比同類電池片的功率要增加15%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了世界上的同類產(chǎn)品。

　　2、 散熱：

　　進過幾十次的設(shè)計，上10次的試制與修改，終于設(shè)計了一套獨特的廉價的散熱器，散熱器不需要任何動力，沒有任何運動部件，非常穩(wěn)定；在外界溫度45度，13倍聚光的情況下能能保證光伏電池的溫度在規(guī)定范圍內(nèi)。無動力、無運動部件就意味著免維護，高穩(wěn)定，不會因為時間長而改變性能。是同類產(chǎn)品散熱/價格比最低的散熱器。

　　3、 反光板：

反光板設(shè)計制作還比較順利，進過半年多的思考一次制作就成功，這種反光板的放光率大概在77%，使用壽命不會少于25年，反光率也不會逐年減低，能經(jīng)受冰雹，并且能擦洗，價格每平米大約200元；另外我們設(shè)計了一套獨特的加工方法，特別簡單的就能加工。 完全解決了其他反光板的所有問題。

　　4、 跟蹤器：

　　經(jīng)過10幾次的改進，設(shè)計了全動型跟蹤器，即整體在一個大盤上，東西轉(zhuǎn)向整體進行轉(zhuǎn)動，南北通過聯(lián)軸器也進行統(tǒng)一俯仰，大大的提供了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也大大的降低了造價，降低了風(fēng)阻，另外設(shè)計了一套特別的軸套，不怕水不怕沙，使用壽命為10萬次（我們整個系統(tǒng)的全壽命為1.8萬次），另外智能的控制系統(tǒng)能在有云遮擋的情況下也能使聚光器始終對準(zhǔn)太陽，只要太陽一出來系統(tǒng)就立刻能發(fā)電，完全解決了現(xiàn)有跟蹤器的缺點。

　　四、系統(tǒng)價格

　　由于我們的CPV系統(tǒng)幾乎解決所有問題，使造價相對現(xiàn)有太陽能發(fā)電系統(tǒng)來說已經(jīng)大大降低。500千瓦的系統(tǒng)可以做到0.8元/度電；1兆瓦可以做到0.7元/度電；2兆瓦可以做到0.6元/度電；10兆瓦可以做到0.5元/度電；國家能源局測定只有太陽能發(fā)電到0.8元/度電國家才能補貼得起，使用我們的CPV系統(tǒng)完全可以達(dá)到要求。