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1、聚光光伏发电系统的技术难点解析聚光光伏发电系统的技术难点解析 收藏 分享 2011-3-23 17:22| 发布者: 么西么西| 查看数: 976| 评论数: 0摘要摘要: 太阳能发电系统的价格一直居高不下！主要原因是因为太阳能的密度低！太 阳照射到地面上的平均光强为 1 千瓦/平米；单晶硅的转化率可以达到 23%，多晶可以达 到 16%，薄膜只能可以达到 8%。转换效率最高的砷化镓电池片能 .太阳能发电系统的价格一直居高不下！主要原因是因为太阳能的密度低！太阳照射 到地面上的平均光强为 1 千瓦/平米；单晶硅的转化率可以达到 23%，多晶可以达到 16%，薄膜只能可以达到 8%。转换效率最高
2、的砷化镓电池片能到 35%以上，但是用砷化镓 制造的太阳能发电系统整体转换效率只有 25%左右。所以为了降低太阳能发电系统的价格，增加太阳光强是一个好的解决办法，要想增 大光强需要用凸透镜或者菲尼尔透镜或者反光板把光*起来；这样就能大大降低硅与砷化 镓的使用量，从而降低太阳能发电系统的价格；这就是 CPV(聚光光伏发电系统)的由来。CPVCPV 系统的技术难点系统的技术难点CPV 太阳能发电系统原理比较简单，为什么到现在全世界也没有几家公司做出特别稳 定且便宜的发电系统呢！在 CPV 领域原则上讲聚光倍数越高造价就越便宜但是使用聚光 的方式就会出现以下问题。1、让单晶硅承受较高倍聚光虽然砷化镓
3、可以承受 1000 倍的光强，但是现在砷化镓价格昂贵，并且砷化镓中的砷 是剧毒物质，不可能大幅度的降低制造成本，另外在以环保为主题的国际环境下也不可 能大量使用，最后只能是单晶硅；但是单晶硅一般只能承受 3 到 5 倍的光强，在 CPV 领 域 3 到 5 倍的聚光几乎不怎么能降低成本，要想大幅度降低成本必须达到 10 左右。为了 达到 10 倍的聚光必须用特制的单晶硅。2、散热：普通的硅光电池板在夏日中午时温度能到 75 度以上，普通的硅电池板在两倍太阳光 强下时间一长就会起泡，在 5 倍太阳光强下 10 分钟就会就会起泡，在 10 倍太阳光强下 5 分钟就会起泡，起泡后太阳能电池片就会被氧
4、化，在很短的时间内就会大幅降低效率， 另外起泡后由于受热不均匀，常常有电池片炸裂的，这样系统就完全不可用。如果太阳能电池板使用铝或者铜制的散热片进行自然散热，需要大量的散热片，造 价特别贵，贵到比硅光片还要贵；如果使用强制风冷，就要使用大量的电能，得不偿失， 并且风扇的寿命与可靠性不高，要想达到高可靠性必须有错误检查与冗余设置，这样就 会成几倍增加造价，如果在夏天的中午风扇坏了，整个硅光电池板有可能被彻底烧坏。 如果使用水冷除了要使用电力外，造价也不便宜，水冷由于管路多，连接点多，还需要 水泵，故障点必然多，可靠性还不如风冷，当然水冷的效率要高于风冷，但是在故障率 决定一票否决制的太阳能系统中
5、不可用。3、反光板：普通的镜子，塑料反光板由于反射层与骨架层(比如玻璃)热胀冷缩系数不一样在室外 2-4 年反射面就会脱落，在沙漠高温差地方可能几个月就完全不能使用了，并且反光 率会慢慢下降。另外国内外也有用高反射率的薄铝板，但是这种铝板不能经受冰雹，并且不能擦洗， 如果擦洗会产生永久性损伤，这种铝板使用期限为 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，远远不能达到太阳能系统要求的 25 年；铝板有贴保护膜的， 但是保护膜造价高，也不防冰雹，不能解决所有问题。另外为了降低成本铝板一般都为 0.3 毫米左右，这样加工特别困难，加工成本特别高。4、跟踪器：光伏电池只有在
6、聚光器的焦点才能工作，因为地球阳每时每刻都在转动，所以必须 使用跟踪器才能保证光伏电池处于聚光器的焦点；跟踪器是 CPV 系统的主要系统之一， 没有跟踪器系统就不能运行，跟踪器除了保证系统能运行外还能比不带跟踪的系统平均 多 30-40%的电。但是跟踪器是机械结构，长年累月的运行会出故障，并且会有磨损，跟 踪器如果出现故障系统就不能运行(发不出电)，如果有磨损了跟踪精度就会降低，由于 CPV 系统对跟踪精度是有要求的，如果精度降低真个发电系统就不能正常运行。解决方法解决方法为了解决 CPV 解决系统的问题，掌握 CPV 系统的核心技术，北京安信高科的陈平坚 总经理带领他的研发团队从 2008
7、年 3 月份开始，经过 2 年多的攻关在投入了上百万的资 金，在经过了数不清的失败后终于悉数圆满解决了单晶硅 10 倍聚光的核心技术，已获取 或者正在申请的专利达到 8 个之多。1、让单晶硅承受较高倍聚光我们经过多次改良，终于制造出了能承受 15 倍光强的单晶硅光伏电池片，并且比同 类电池片的功率要增加 15%，远远超过了世界上的同类产品。2、散热：进过几十次的设计，上 10 次的试制与修改，终于设计了一套独特的廉价的散热器， 散热器不需要任何动力，没有任何运动部件，非常稳定；在外界温度 45 度，13 倍聚光的 情况下能能保证光伏电池的温度在规定范围内。无动力、无运动部件就意味着免维护， 高
8、稳定，不会因为时间长而改变性能。是同类产品散热/价格比最低的散热器。3、反光板：反光板设计制作还比较顺利，进过半年多的思考一次制作就成功，这种反光板的放 光率大概在 77%，使用寿命不会少于 25 年，反光率也不会逐年减低，能经受冰雹，并且 能擦洗，价格每平米大约 200 元；另外我们设计了一套独特的加工方法，特别简单的就 能加工。 完全解决了其他反光板的所有问题。4、跟踪器：经过 10 几次的改进，设计了全动型跟踪器，即整体在一个大盘上，东西转向整体进 行转动，南北通过联轴器也进行统一俯仰，大大的提供了系统的稳定性，也大大的降低了造价，降低了风阻，另外设计了一套特别的轴套，不怕水不怕沙，使用
9、寿命为 10 万次 （我们整个系统的全寿命为 1.8 万次），另外智能的控制系统能在有云遮挡的情况下也 能使聚光器始终对准太阳，只要太阳一出来系统就立刻能发电，完全解决了现有跟踪器 的缺点。系统价格系统价格由于我们的 CPV 系统几乎解决所有问题，使造价相对现有太阳能发电系统来说已经 大大降低。500 千瓦的系统可以做到 0.8 元/度电；1 兆瓦可以做到 0.7 元/度电；2 兆瓦 可以做到 0.6 元/度电；10 兆瓦可以做到 0.5 元/度电；国家能源局测定只有太阳能发电 到 0.8 元/度电国家才能补贴得起，使用我们的 CPV 系统完全可以达到要求。本文由 solarzoom 论坛会员
10、 lilm86 在论坛发布，欢迎加入分析讨论： http:/ thethe SolarSolar EnergyEnergy GroupGroup Cooling of Concentrator Photovoltaic CellsThe cells are the most expensive part of a photovoltaic system. A simple way of reducing the system costs is therefore to replace some of the photovoltaic area with less expensive optic
11、s such as mirrors or lenses, which focus the sunlight onto a small area of cells. Because fewer cells are needed, one can afford to use cells of better quality, with higher efficiency. However, the photovoltaic cells only convert a small (below 30%) portion（部分） of the sunlight to electricity. The re
12、maining photons are dissipated（浪费） in the cells as heat. If this heat is not dissipated efficiently, it will result in a higher cell temperature, which in turn leads to a significant drop in efficiency. Silicon cells should generally be kept below 60C to avoid any long-term damage. Figure 1 shows ho
13、w the cell temperature will rise for a range of concentrations if the dissipated heat is removed through the back of the cell with a cooling system characterized by its thermal resistance R 1. Figure 1: Cell temperature rise as a function of concentration level 1. There are advantages and disadvanta
14、ges both in the use of mirrors and lenses for concentrating sunlight. Lenses are associated with a relatively high optical loss, typically about 30%, due to reflection and absorption. The heat load is not a problem in lens systems because the cells are spread out on a plate, with plenty of space for
15、 each cell to dissipate the waste heat. With mirrors the typical losses are only 10-15%. However, because mirrors focus all of the light onto one highly illuminated area, the cells must be placed closely together in an array. All of the heat load must therefore be dissipated through the back of the
16、cells, which makes cooling in these systems a challenge 1. In fact, the efficient removal of this heat load is one of the major obstacles（障碍） for creating viable mirror-based high concentration systems. There is a need for a cooling device that use a liquid coolant such as water, because air cooling is not efficient enough at higher concentrations, cools efficiently across the entire surface, w
