眼下,太阳能光伏产业因全球宏观经济形势和各国产业政策的调整而步入产业寒冬,正面临着行业的重新洗牌。
同时,由于成本高昂以及缺乏有竞争力的装机成本和上网电价,作为清洁能源的光伏产业一直没有取得突飞猛进的发展,业界曾将目光集中在改进多晶硅和太阳能电池的生产工艺上,但效果非常有限。从技术上解决光伏发电的成本问题,已经成为制约行业发展的根本性问题。
然而,作为太阳能晶硅光伏电池、薄膜光伏电池之后的第三代光伏技术——聚光光伏正在展露芳姿,并以非同寻常的高效光电转换率迅速吸引了人们的目光。
聚光光伏作为新一代太阳能光伏发电技术,能否凭借后发技术优势提振已经陷入困境的光伏产业呢?
当光伏发电遇到聚光镜
我省临邑宇影光学仪器有限公司投资建设了一个小型聚光光伏实验发电站,目前已经建成发电。
12月3日,宇影公司总经理李正坤对记者说,“我们这座聚光光伏发电站由768块菲涅尔透镜和电池片组成,采用光感和太阳能角度计算的智能化控制,可实现对太阳光的自动追踪,光电转换率可达28%。在标准测试条件下,系统峰值功率可达10.8千瓦,年可发电1.9万度。”
“聚光光伏说起来也很简单,就像用放大镜聚焦阳光点着火柴一样的道理”,李正坤介绍说,“这一系统采用透镜聚光的方式把阳光汇聚在一个微小的区域(焦斑),这样太阳能电池仅需焦斑面积的大小即可,大幅减少了太阳能电池的用量；系统通过采用光电转换效率更高的砷化镓电池,使整个发电系统光电转换效率高达28%,并且正随着规模化、产业化水平的进步而提高。”
同时,为充分利用太阳能资源,聚光型光伏发电系统还配备了阳光追踪系统,相比于平板硅光伏发电,在同样的光接收面积条件下,聚光型光伏发电可增加50%的产能,而对于同样的输出功率,可节省30%的系统材料以及占地面积。
宇影公司是我省较早涉足太阳聚光领域的企业,其自主研发的菲涅尔透镜产品,能将太阳光聚焦到入光面1/10至1/1000甚至更小的接收面(高性能电池片)上,比传统平板光伏发电效率提高30%以上,可满足太阳能聚光发电和聚热系统中高能量高温需求。
目前,宇影公司在建的“第三代聚光光伏发电菲涅尔聚光镜扩建项目”总投资1.2亿多元,已经获得省新能源产业发展专项扶持资金500万元,并已入选国家“863”计划,或将成为聚光光伏产业发展的代表之一。
突破光电转换瓶颈
聚光光伏技术被看作是未来取代部分晶硅市场的第三代光伏技术,它具备晶硅电池无法比拟的优势,近几年取得较大的发展,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。
目前,聚光光伏发电光转化效率最高可达30%左右,高于晶硅电池片约1倍；其使用寿命约70年,远高于晶硅电池片的30年,而且,具有生产制造过程污染少等特点,因此会带来一定的市场需求。
业内专家表示,一般聚光光伏发电的理论转换效率约为70%,即使除去实际应用中的损耗,未来一两年聚光转换效率还会有很大的突破。如果能实现大规模制造,其发电成本可以大幅下降,甚至达到煤电发电成本。
但截至目前,全世界用于聚光光伏的投资仅约10亿美元,在太阳能发电市场仅占很小的部分,大约为0.1%,而且投资项目规模小、范围窄。
这主要是因为,与传统光伏发电比较,这是新技术,并且成本高。尽管原理简单,实际上却涉及力、热、光、电、机械、电子、自动化控制等综合性技术,需要解决太阳跟踪、光效、散热等一系列问题。
特别是,聚光光伏发电中的砷化镓聚光电池(也叫“多结三五族”太阳能电池),虽然有比晶硅电池和薄膜电池更高的转换效率和吸收光谱范围广、衰减慢、耐温性好、有效发电时间长等显著优势,但这一材料原本是航天材料,在光伏电站中商业化运用是最近两、三年的事情,由于下游设备制造商的产能都不大,没有规模化运用,成本自然居高不下。
除此之外,聚光光伏还要求太阳跟踪系统、机械系统、电子系统、光学系统、散热系统等能够协同一致,因而技术难度较传统的多晶硅、薄膜电池系统也高出不少。
聚光光伏或将颠覆太阳能产业
今年1月,由青岛哈工太阳能股份有限公司建设的200千瓦高倍聚光太阳能示范电站并网发电,这是国内第一个按照商业化运营建设,且并网发电、投入运营的高倍聚光太阳能电站,也是目前国内转换率最高的并网太阳能发电站。目前,其平均发电成本0.62元/千瓦时,基本达到设计要求。青岛哈工太阳能研究院院长杨书华介绍,从理论上讲,放大倍数越高,芯片的材料就越节省。一块用在聚光光伏发电上的电池,其造价是晶硅电池的100倍。不过,如果透镜与电池之间的倍数能超过300倍的话,那么,聚光电池的成本也就与晶硅电池的成本持平了。所以,各企业都在研究放大倍数更高的聚光光伏产品,这样可以节省更多的材料。
目前,该企业已经启动了国内最大的高倍聚光太阳能发电产业化基地——500兆瓦高倍聚光光伏电池、组件及配套产品生产线建设。据介绍,经过研究改造,新的高倍聚光光伏组件的聚光倍数将高达1180倍(目前示范电站光伏组件的聚光倍数只有576倍),发电效率将提高30%；发电成本也将降至0.41元/千瓦时。相比晶硅以及薄膜电池产业来说,聚光光伏是一个具有极大诱惑力的市场。目前,投身于此行业的国内外公司已经越来越多,其中包括波音、夏普、三星以及国内的三安光电、汉龙集团、上海聚恒等。这必然会带来聚光光伏发电成本的大幅下降,随着技术的进一步成熟,市场也会不断变大。
据业内人士预测,随着技术的成熟和产能增加,聚光技术拥有广阔的产业及技术发展空间,同时,聚光光伏一旦有了规模效应,成本将会大幅下降,将对太阳能产业产生颠覆性影响,聚光光伏规模化发展指日可待。
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