聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)

一、前言 　　太陽能發(fā)電系統(tǒng)的價(jià)格一直居高不下！主要原因是因?yàn)樘柲艿拿芏鹊?！太陽照射到地面上的平均光?qiáng)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(jià)格，增加太陽光強(qiáng)是一個(gè)好的解決辦法，要想增大光強(qiáng)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(jià)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(diǎn) 　　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(jià)就越便宜但是使用聚光的方式就會(huì)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(qiáng)，但是現(xiàn)在砷化鎵價(jià)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(qiáng)，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(shí)溫度能到75度以上，普通的硅電池板在兩倍太陽光強(qiáng)下時(shí)間一長就會(huì)起泡，在5倍太陽光強(qiáng)下10分鐘就會(huì)就會(huì)起泡，在10倍太陽光強(qiáng)下5分鐘就會(huì)起泡，起泡后太陽能電池片就會(huì)被氧化，在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)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(jìn)行自然散熱，需要大量的散熱片，造價(jià)特別貴，貴到比硅光片還要貴；如果使用強(qiáng)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(cuò)誤檢查與冗余設(shè)置，這樣就會(huì)成幾倍增加造價(jià)，如果在夏天的中午風(fēng)扇壞了，整個(gè)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(jià)也不便宜，水冷由于管路多，連接點(diǎn)多，還需要水泵，故障點(diǎn)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(huì)脫落，在沙漠高溫差地方可能幾個(gè)月就完全不能使用了，并且反光率會(huì)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(huì)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(hù)膜的，但是保護(hù)膜造價(jià)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(diǎn)才能工作，因?yàn)榈厍蜿柮繒r(shí)每刻都在轉(zhuǎn)動(dòng)，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(diǎn)；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(yùn)行，跟蹤器除了保證系統(tǒng)能運(yùn)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(jī)械結(jié)構(gòu)，長年累月的運(yùn)行會(huì)出故障，并且會(huì)有磨損，跟蹤器如果出現(xiàn)故障系統(tǒng)就不能運(yùn)行(發(fā)不出電)，如果有磨損了跟蹤精度就會(huì)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(yùn)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(jiān)總經(jīng)理帶領(lǐng)他的研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(gè)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(qiáng)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(jìn)過幾十次的設(shè)計(jì)，上10次的試制與修改，終于設(shè)計(jì)了一套獨(dú)特的廉價(jià)的散熱器，散熱器不需要任何動(dòng)力，沒有任何運(yùn)動(dòng)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(dòng)力、無運(yùn)動(dòng)部件就意味著免維護(hù)，高穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間長而改變性能。是同類產(chǎn)品散熱/價(jià)格比最低的散熱器。 　　3、反光板： 　　反光板設(shè)計(jì)制作還比較順利，進(jìn)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(huì)少于25年，反光率也不會(huì)逐年減低，能經(jīng)受冰雹，并且能擦洗，價(jià)格每平米大約200元；另外我們設(shè)計(jì)了一套獨(dú)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(jìn)，設(shè)計(jì)了全動(dòng)型跟蹤器，即整體在一個(gè)大盤上，東西轉(zhuǎn)向整體進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，南北通過聯(lián)軸器也進(jìn)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(jià)，降低了風(fēng)阻，另外設(shè)計(jì)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(gè)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(diǎn)。