重新使用被放弃的阳光? Q CELLS太阳能提高发电效率

来源:韩华新能源发布时间:2020-06-18 07:50:49

随着太阳能市场的扩大,太阳能发电效率也在迅速提高。与此相关的研发也正在积极地进行。其中,我们将重点介绍卡洛斯·科英布拉(carlos coimbra)教授推出的《利用云的分布预测太阳能发电量》和Q CELLS利用反射光的高效率"Q.ANTUM电池"。


美国宇航局用卫星计算云层吸收的太阳光

太阳辐射到地球的光线约有1,360W/㎡。但是太阳发射出来的光不可能全量抵达地面。去掉地球大气层散射或反射回到宇宙的部分光,只有一部分的光被大气吸收。晴天时,日照量平均达到1,025W/㎡,多云时,日照量平均只有550W/㎡。

太阳能发电受到的云层影响很大。根据云层厚度、微细颗粒物等,电力产量参差不齐。云朵是由半径约0.02~0.05毫米的数十亿个小水珠和冰块颗粒组成。也就是说,即使是同样大小的云朵,根据内部构成粒子的不同,反射太阳光的程度也不同。因此,科学家正在开发准确预测太阳能发电量的方法。如果太阳能光伏发电能被准确地估计,我们就能计算出需要从其他能源获取的电量以及需要储存的电量。


▲ 乌云密布时,云的覆盖减少了到达地球表面的太阳辐射。/来源:Pixabay

最近, 美国加州大学圣地亚哥分校的卡洛斯·科因布拉教授领导的一个研究小组最近开发了一种方法,通过使用GOES-R卫星来精确计算云层吸收的太阳能量。GOES-R是美国宇航局于2016年发射的,位于地球表面上方的静止轨道卫星。GOES-R配备了ABI(先进基线成像仪),可以从16个不同的可见光和红外线波段观察地球,以预测天气。由于红外波长很容易被水蒸气吸收,它们有助于显示水蒸气在大气中的分布。即使在夜间也可以获得红外波长的数据。有了这项技术,卫星可以利用16种波长来收集关于同一大气的不同信息。

卡洛斯·科英布拉(carlos coimbra)教授研究团队将此次开发的推测技术命名为‘SCOPE(Spectral Cloud Optical Property Estimation, 光谱云光学性质预估)’。


▲ 静止轨道卫星GOES-R的效果图。底部是本次研究中使用的观测传感器ABI(Advanced baseline Imager)。/来源:NASA

静止轨道卫星以赤道为基准,在3.6万公里上空,以与地球自转相同的速度围绕地球公转,同时观测气象。在地球上看卫星时,它相对处于看似不变的位置,因此使用"静止"一词命名。研究小组根据GOES-R卫星收集的资料计算云层的高度、厚度以及光学厚度。光学厚度是太阳光穿越云层时,被吸收或散射的光量。而根据这三种特点,在地面上设计出利用太阳光推算电力产量的模型,然后与7个地区的实际发电量进行比较。GOES-R卫星每隔5分钟拍摄一次大气层,研究团队也可以以5分钟为单位预测发电量。

结果,4个地区预测发电量的误差范围在10W/㎡之内,其余3个地区实际电力产量与预测量各相差11.2、17.7和20.2W/㎡。卡洛斯·科英布拉(carlos coimbra)教授表示: 考虑到发电站的整体电力生产量,估算的准确度可认为是非常高的。如果将太阳能组件的特点或周围环境也都考虑进去,那么准确度将会进一步提高;同时,这一次实验属于首次详细分析云层对太阳能发电量的影响,日后改善SCOPE并加以充分利用,将会开启预报太阳能发电量的时代。


▲2017年1月15日,用ABI的16个波段拍摄的(美国上空)大气层图片。/来源:NASA

Q CELLS可以复用失去的阳光

利用云层的分布预测太阳能发电量,可以提高发电效率。但这并不意味着可以增加抵达地球表面的太阳光量,靠预测无法增加产量。因此,Q CELLS开发出"Q.ANTUM",利用减少光电转化过程里产生的损失加大发电量。Q.ANTUM技术在太阳能电池背面适用了背钝化技术(PERC,Passive Emitter Rear Contact)。

背钝化技术就是在太阳能电池背面安装镜面结构,其并不使太阳能发电,只捕获已经穿过的光线令其反射到镜面,使通过镜面反射出来的光线重新被太阳能电池吸收,用于电力生产。一般的太阳能电池会弃用起初没有被吸收的光线,但Q.ANTUM重新利用被损失的光线,将发电效率提升到最大。另外,结合抗PID、抗LID、抗LeTID功能,Q CELLS 开发了可以降低太阳能组件功率衰减率的高效太阳能电池。2017年,Q CELLS成为了业内首家累计量产10亿片Q.ANTUM电池的企业。10亿片电池生产的电力可供釜山和大邱600万市民家庭使用一年。到2020年,Q CELLS Q.ANTUM电池累计产量已达到23GW。

目前,Q CELLS为了提高太阳能电池的效率,依然持续研发,改善效率。我们可以欣喜地看到,Q CELLS利用本将失去的太阳能,未来将怎样地提高光伏电池的效率。

责任编辑:zhoutianwei
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