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：肖舟
