用于太阳能光伏发电的高倍聚光系统
HCPV技术路线
。
华宇光能 华上光电 华宇环能
(芯片设计与研发)
(芯片生产)
(电池模组封装、追日器与系统集成)
二、华宇HCPV参数
二、华宇HCPV参数
二、华宇HCPV参数
量产电池效率39%, 电池模组效率大于25%,系统效率大于20%。
技术经济指标:(同等辐射条件下,一般而言)
HCPV 160% 140% 120% 100% 晶硅平板
系 统 总 成 本 下 降 趋 势 现在
降低组件成本:大规模生产可以降低各组件成本。
四、华宇HCPV成熟度与可靠性
四、华宇HCPV成熟度与可靠性
四、华宇HCPV成熟度与可靠性
1、电池组件一体化封装
电池组件由透镜、电池和电池背板一体化封装而成,保证准确聚光 且在应用中不产生偏差。
四、华宇HCPV成熟度与可靠性
投资比1:1.2
产出比1:1.6
综合效益比1:1.3
光照越充足,聚光型发电越多,综合效益越明显,非常适合大规模光 伏电站。
三、华宇HCPV发展方向
三、华宇HCPV发展方向
三、华宇HCPV发展方向 提升电池效率:39% → 45%以上(量产),在未来几年内实验室有望 突破50%。
电 池 效 率 提 升 趋 势 现在
专利25项,期刊论文、研讨会志或研究报告九十余篇。
附件:核心团队介绍
江鹏昆博士:
自2007年10月起任华宇光能副总裁至今。 江博士1985年获得美国北卡州立大学电机博士,申请美国专利2项 ,发表期刊论文等30余篇。 江鹏昆博士于1996 年在Spectrolab任职时,率领研发团队发表全 球第一篇III-V TJ 太阳能电池制作及测试结果论文。
附件:核心团队介绍
关于HCPV情况
关于HCPV 情况高倍聚光太阳能发电(英文缩写HCPV)是采用航天卫星用的砷化镓三结电池(常规多晶硅电池单结)加光学聚光(590-1090倍)提高太阳能到电池上的光能强度进行光伏发电的。
砷化镓三结电池,光电转换效率高达38%以上,但目前价格很高,只有航天不得已用之,作为民用,采用了光学聚光以减少用量,如,我们的HCPV就采用了590倍和1090倍(昊阳的)的两种菲涅尔透镜聚焦形式,每个电池的用量只有10×10mm和5.5×5.5mm大小。
聚焦到电池片上的温度高达800℃。
虽然这样奢华家电池用量减少了数百倍,但随之而来的其他系统就复杂了许多。
1、为提高太阳能利用率和聚光的需要,就必须保证太阳光线始终直射和无偏差的直射到电池芯片上,因此就需要高精度的跟踪系统,支架机械系统的刚强度、控制系统的高精度都形成了高要求;2、为保证光线有效地聚集到电池芯片上,菲涅尔透镜的材料和生产的要求,棱镜布光的要求都很高;3、高温下的芯片散热、导电体的防护和绝缘、防反二极管的工作正常都形成了关键技术;等等、、、、目前上述技术都得到了有效地解决,从而使得HCPV系统得到了应用,系统的发电效率达到了25%以上(常规多晶硅系统效率14%),等效发电时间也提高约25%左右。
但由于现行应用量还很小,没有形成产品的规模化、规范化、系列化,技术、模具和生产的效率成本摊薄到产品上的费用比较高,达到每瓦近20元(含跟踪系统),而目前多晶硅固定式只有10元左右(同比含支架)。
根据测算,格尔木地区非常适合采用HCPV的发电模式,如果采用同一种HCPV的产品规模达50MW,仅减少抛货运输成本一项,就可以在当地建设一个组装厂,50MW的规模可使成本减低20-30%,有100MW的规模,就可使每瓦成本降到11元左右。
接近现行多晶硅的水平。
因其可比常规多晶硅多发电40%以上,则将会有更好的投资价值。
此次国电集团确定在国电电力格尔木项目上进行HCPV的示范,就是看好了HCPV的前景(包括三安公司在南出口的示范也是抱着同样的目的)。
聚光太阳能电池的基本原理
聚光太阳能电池的基本原理聚光太阳能电池是一种利用聚光系统将太阳光聚焦到电池表面的光伏发电技术。
它的基本原理是光的聚光、吸收和转化。
聚光太阳能电池由透明表面、反射镜和太阳能电池组成。
透明表面通常是玻璃或塑料材料,它的作用是把太阳光传递到反射镜上。
反射镜用于聚光,将散射的太阳光线聚焦到太阳能电池表面上。
太阳能电池是由半导体材料制成的,当太阳光照射到电池表面时,光子被吸收并转化为电能。
具体来说,光子是光的最小单位,它携带着能量。
当光线照射到太阳能电池表面时,光子会与电池中的半导体材料相互作用。
半导体材料通常是硅或镓,它们具有特殊的电子结构,能够吸收光子。
当光子被吸收时,它会激发半导体材料中的电子从价带跃迁到导带,形成电子空穴对。
在半导体材料中,导带中的电子具有自由运动的能力,而价带中的电子则被束缚在原子核周围。
当光子被吸收时,激发的电子和空穴会分别在导带和价带中自由运动。
这种分离的电荷就形成了一个电势差,也就是产生了电压。
为了提高聚光太阳能电池的效率,反射镜会把太阳光线聚焦到太阳能电池的表面上。
这样,更多的光子将被吸收,从而产生更多的电子和空穴。
同时,由于聚光太阳能电池表面的面积较小,电子和空穴之间的传输距离也较短,从而减少了电子和空穴的复合效应,提高了电池的效率。
聚光太阳能电池还可以通过优化半导体材料的能带结构来提高效率。
例如,通过在半导体表面引入能带势垒,可以增加光子被吸收的概率,进一步提高电池的效率。
总的来说,聚光太阳能电池利用聚光系统将太阳光线聚焦到电池表面,光子被吸收后会激发半导体材料中的电子从价带跃迁到导带,形成电子和空穴,从而产生电势差和电流。
通过优化半导体材料的能带结构和聚光系统的设计,可以提高聚光太阳能电池的效率,实现更高的光能转化效率。
1MW高倍聚光光伏发电并网系统的设计
K e y L a b o r a t o y r o f R e n e w a b l e E n e r g y A d v a n c e d M a t e i r a l s nd a Ma n u f a c t u r i n g T e c h n o l o y, g K u n m i n g 6 5 0 0 9 2 , C h i n a )
B e i j i n g 1 0 0 8 4, C h i n a ; 2 . Y u n n a n N o r ma l U n i v e r s i t y , S o l a r E n e r y g R e s e a r c h I n s t i t u t e , E d u c a t i o n Mi n i s t r y
第3 1 卷, 总第 1 8 2期 2 0 1 3 年1 1 月, 第6 期
《节 能 技 术 》
E NERG Y C ONS E RVA T I ON T E C HNO L OG Y
Vo 1 . 31, S u m. No .1 8 2
No v e mb e r . 2 0 1 3, No . 6
De s i g n o f 1 MW H CPV El e c t r i c i t y Ge n e r a t i o n a n d Gr i d Co nn e c t e d Sy s t e m
F E N G Q i a n , X I A O X i a n g— j i a n g , T U J i e —l e i , S H I H u i —w e i ( 1 . Y u n n a n P o w e r G r i d C o r p o r a t i o n , B e i j i n g E n e r g y N e w T e c h n o l o y g R e s e a r c h a n d D e v e l o p me n t C e n t e r的设计
聚光光伏发电的设计术语和常识
聚光光伏发电的设计术语和常识:●菲涅尔透镜用于光伏发电的意义:一片好的电池片,光电转换效率高,一般在30%以上,因此价值也高,在没有聚光的条件使用,其太阳下发电量是一个定值,如果将一个大面积的太阳光(太阳光能量每平方米约1000W的功率),通过聚光镜聚集到小电池片上,其光强增加数倍,那么发电量也会增加数倍。
菲涅尔透镜其超薄的结构,低廉的价格,并可以大批量生产,所以用于聚光发电。
因此在建电站时,能节约电池片,降低成本,有利于规模光伏电站的推广。
●几何聚光倍率:是指太阳能聚光镜(菲涅尔透镜)的面积(为接受光的面积),和电池片的面积比。
所以设计时,用电池片尺寸,需要的倍率,来推算透镜的尺寸。
●实际的聚光效率,则为几何聚光倍率和光学效率之乘积。
光学效率通常在80%-85%之间。
材料透光率约92%。
●焦径比是透镜焦距(F),与聚光透镜对角线(直径D)之比,通常控制在0.8—1.4之间,实际光的利用率较高。
●电池片的位置:根据电池片的尺寸,在透镜焦点以内,正好截取光斑为最佳,可用透镜尺寸,焦距和电池片尺寸,通过三角函数计算后,再试验取得。
如图:透镜●再就是光斑大小一事,因太阳为复色光,所以焦点光斑不是一个纯点,理论上说约3-5MM直径,太阳一天的明亮度不一样,光斑大小也变化,设计时考虑聚光比,电池片尺寸,光漏斗(或聚光棱镜)等综合评审,来提高光利用率,增加发电量。
砷化镓三五族太阳能电池技术问答何谓砷化镓三五族太阳能电池太阳能电池(Solar Cell)可大致分为三代,第一代为硅晶电池,又可大致分为单晶硅与多晶硅两种,商业应用之历史最悠久,已被广泛应用于家庭与消费性商品﹔第二代产品为薄膜太阳能电池,主要构成材料为非晶硅(Amorphous)与二六族化合物半导体,常被运用于建筑涂料﹔第三代即为砷化镓三五族太阳能电池,砷化镓(GaAs)被运用于太空作为发电用途已有很长的历史,主要因为砷化镓具有良好的耐热、耐辐射等特性,因此被广泛利用在太空发电用途,唯价格过于高昂,故过去未被使用于地面及家庭消费性用途。
咨询师再教育太阳能考题
ssssssssssssssssssssssssssrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr一、单选题 【本题型共10道题】1.光伏电站中场内集电线路敷设方式通常情况下采用( )。
A .直埋B .架空C .电缆沟D .暗敷梁内用户答案:[C] 得分:1.002.光伏电站站址所在地区,参考气象站应具有连续( )以上的太阳辐射长期观测记录。
A .2年B .5年C .10年D .15年用户答案:[C] 得分:1.003.光伏发电站安装容量小于或等于30MW 时,宜采用( )。
A .单母线接线B .单母线分段接线C .双母线接线D.双母线分段接线用户答案:[A] 得分:1.004.超导储能是将超导材料制成超导线圈,通过功率调节器将低谷电网多余的电能以()直接储存在超导线圈中。
A.机械能的形式B.化学能的形式C.磁场能的形式D.电能用户答案:[C] 得分:1.005.超导储能是将超导材料制成超导线圈,通过功率调节器将低谷电网多余的电能以()直接储存在超导线圈中。
A.机械能的形式B.化学能的形式C.磁场能的形式D.电能用户答案:[C] 得分:1.006.坡屋面光伏发电站的建筑主要朝向宜为(),宜避开周边障碍物对光伏组件的遮挡。
A.东B.南C.西D.北用户答案:[B] 得分:1.007.光伏发电聚光光伏系统中,线聚焦聚光宜采用()跟踪系统。
A.单轴B.双轴C.主动控制方式D.被动控制方式用户答案:[A] 得分:1.008.光伏电站贮油设施内应铺设卵石层,其厚度不应小于(),卵石直径宜为50mm-80mm。
A.50mmB.100mmC.200mmD.250mm用户答案:[D] 得分:1.009.以下选项属于我国第 III类太阳能资源区的有()。
A.宁夏北部.甘肃北部.新疆东部.青海西部和西藏西部B.河北西北部.山西北部.内蒙古南部.宁夏南部.甘肃中部C.河北东南部.山西南部.新疆北部.陕西北部.甘肃东南部.广东南部D.湖南.湖北.广西.江西.浙江.福建北部.广东北部.陕西南部用户答案:[C] 得分:1.0010.以下选项属于我国第 II类太阳能资源区的有()。
第三代太阳能技术高聚光HCPV与聚光CPV附股
第三代太阳能技术高聚光HCPV与聚光CPV 附股使用晶硅电池和薄膜电池进行光电转换,分别是第一、第二代太阳能利用技术,均已得到了广泛应用。
利用光学组件将太阳光汇聚后,再进行利用发电的聚光太阳能技术,即高效的CPV系统发电,被认为是太阳能发电未来发展趋势的第三代技术。
与前两代电池相比,CPV采用多结的III-V族化合物电池,具有大光谱吸收、高转换效率等优点。
聚光型太阳能(ConcentratorPhotovoltaic,CPV)是指将汇聚后的太阳光通过高转化效率的太阳能电池直接转换为电能的技术,CPV是聚光太阳能发电技术中最典型的代表。
与晶硅和薄膜型平板式太阳能发电系统相比,CPV因其高转换效率和小得多的半导体材料用量,是最具有发展成为大型支撑电源潜力的太阳能发电方式。
通过简单复制的规模化部署,单一CPV电厂可以轻易达到MW 级规模,未来这一数字甚至有望达到100MW。
HCPV就是高聚光太阳能,高聚光太阳能(HCPV)与聚光(CPV)太阳能技术是通过聚光的方式把一定面积上的太阳光通过聚光系统会聚在一个狭小的区域(焦斑),太阳能电池仅需焦斑面积的大小即可,从而大幅减太阳能电池的用量。
一、CPV系统优势1、CPV系统具有转换率优势和耐高温性能。
硅电池的理论转换效率大概为23%,单结的砷化镓电池理论转换效率可达27%,CPV采用的多结的III-V族电池对光谱进行了更全面的吸收,其理论转换率可超过50%。
即使考虑到聚光和追踪所产生的误差损失,目前的CPV系统转换效率可达25%,高于目前市售晶硅电池17%左右的转换效率。
同时,砷化镓系电池的高温衰减性能强于硅系电池,更适合应用于日照强烈的荒漠地区。
同时,CPV系统的生产过程更加节能环保。
聚光倍数越大,所需的光伏电池面积越小,对高达几百倍的HCPV系统来说,硬币大小的转换电池就可转换碗口面积的光能。
在节省半导体材料用量的同时,降低了太阳能发电系统的生产成本和能耗,使CPV具有更短的能量回收期。
用于太阳能光伏发电的高倍聚光系统
完成 2 O 5 0倍 太 阳能聚光 系统 的设 计 , 0~ 0 同时设计 了单 片 型 高倍 太 阳能聚 能 光 学组 件 , 用热 压
成型 方 法研 制 了太阳能 聚 能透镜 ( 副镜 ) 。采 用 1 6个性 能相 同的聚 光 光 学组件 和 相 同数 量 的 三
结型 太 阳能 电池组成 高倍 聚 光型 太 阳 能光 伏 组 件 , 大地提 高 了聚光 比 , 太 阳能 光 伏 发 电的 极 为
Ga / )hg fiin oa el ft es mev l me r s d t o m o lt nto As Ge i h efce ts lrc lso h a o u sweeu e o f r ac mp eeu i fa
h g o r s l r c n e s r PV y t m. Th o a o c n r to a i s g e ty i c e s d i h p we o a o d n e s se e s l r c n e t a i n r t i r a l n r a e , o
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高倍聚光光伏电站
中国首座高倍聚光光伏电站投入运营source:中国工控网中国首座商业化运营的并网高倍聚光光伏电站近日正式启动,该电站由上海聚恒太阳能有限公司在哈尔滨工业大学(威海)校园内建设。
据悉,国家金太阳认证中心-国家计量科学院鉴衡认证中心也在此挂牌"金太阳高倍聚光光伏示范电站"。
该光伏列阵由48个聚光光伏组件组成,不同于大家熟悉的通常呈蓝色或黑色的晶体硅平板太阳能电池板,聚光光伏组件是由透明的平板玻璃光学系统和太阳能电池组成的被称之为第三代光伏技术的高倍聚光光伏发电技术使用高效率的多结三五族太阳能电池,光电转换效率已达41%,理论上可达70%。
多结三五族太阳能电池也被称为砷化镓电池,是目前光电转换效率最高,达到晶体硅技术的两倍,同时也是效率增长潜力最大的太阳能电池。
由于其价格非常昂贵,最早使用在太空领域为卫星和空间站提供能源,地面使用难以普及。
但由于这种电池的转化效率可随着聚光倍数的增加而提高,因此利用低成本的聚光光学系统和此电池结合在一起,就能以低廉的成本获得高效率的发电系统。
由于聚光太阳能电池转化效率高,一方面可以降低光伏发电成本,同时也可以大幅减少光伏电站的建设用地;因此,它也是最有希望在大型光伏电站中使用,将发电成本降低到可以和煤电成本相竞争的光伏技术。
由于高倍聚光光伏发电技术在国内才起步,在太阳能光伏几种技术中,参与的企业和影响力还很小。
而在欧美聚光光伏已逐步成为主流技术,尤其是2010年以来,高倍聚光光伏已获得数个10MW及以上级别的光伏电站项目,此前,美国加州曾批准建造1GW聚光型太阳能电站。
哈工大太阳能研究所的成立,利用哈工大在航空航天技术领域的优势,及威海光照资源好、地处经济发达区域的特点,将聚光光伏技术的综合应用作为重点,优先开展聚光发电、聚光海水淡化等课题研究,促进高倍聚光光伏技术在中国的快速发展。
在哈尔滨工业大学威海校区建设的峰值功率11KW高倍聚光光伏电站(576倍聚光),是国内第一个按照商业化系统建设且并网发电、投入运营的高倍聚光光伏电站,也是目前已报道的国内转换效率最高的并网光伏电站(直流效率25%)。
聚光光伏技术
聚光光伏技术聚光光伏技术是一种利用镜面或透镜将太阳光聚焦在太阳能电池上的技术,以提高光伏电池的发电效率。
随着对可再生能源的需求不断增加,聚光光伏技术逐渐受到关注。
聚光光伏技术的原理是通过光学器件将太阳光聚焦到一个较小的面积上,以增加光照强度。
这些光学器件可以是镜子或透镜,它们能够将太阳光线反射或折射,并将其聚集到一个焦点上。
这个焦点上通常放置着高效率的太阳能电池,使得光伏电池能够更充分地吸收太阳能,并将其转化为电能。
相比传统的平板太阳能电池,聚光光伏技术具有明显的优势。
首先,聚光光伏技术能够提高电池的光吸收率。
由于光线经过聚光后的光伏电池面积较小,光子在单位面积上的能量密度更高,从而增加了光伏电池的发电效率。
其次,聚光光伏技术可以降低材料成本。
由于聚光光伏系统使用的光伏电池面积较小,需要的材料也相应减少,降低了制造成本。
此外,聚光光伏技术还可以提高系统的空间利用率。
通过聚光光伏技术,可以在较小的面积上安装更多的光伏电池,从而提高了单位面积上的发电量。
然而,聚光光伏技术也存在一些挑战和限制。
首先,聚光光伏系统对光照条件要求较高。
由于光线需要经过光学器件的聚光和反射,因此对于聚光光伏系统来说,天气条件对系统的影响较大。
在阴天或夜晚,聚光光伏系统的发电效率会明显下降。
其次,聚光光伏技术的维护和管理成本较高。
由于聚光光伏系统使用了光学器件,这些器件需要定期清洁和维修,否则可能会影响系统的性能。
此外,聚光光伏系统还需要跟踪太阳的位置并调整光学器件的角度,以确保光线能够准确地聚焦在光伏电池上。
尽管聚光光伏技术存在一些挑战,但它仍然具有广阔的应用前景。
聚光光伏技术可以广泛应用于太阳能发电领域,尤其适用于一些光照条件较好的地区。
此外,聚光光伏技术还可以与其他技术相结合,如光热发电技术,进一步提高能源利用效率。
聚光光伏技术的发展也受到了政府和企业的支持和关注,许多国家都出台了相关政策和措施,以促进聚光光伏技术的推广和应用。
太阳能聚光系统
太阳能聚光系统1.基本原理CPV通过聚光的方式把一定面积上的光通过聚光系统会聚在一个狭小的区域(焦斑),太阳能电池仅需焦斑面积的大小即可,从而大幅减少了太阳能电池的用量。
同样条件下,倍率越高,所需太阳能电池面积越小。
2.太阳能聚光方式平板集热器历史上早期出现的太阳能装置,主要为太阳能动力装置,大部分采用聚光集热器,只有少数采用平板集热器。
平板集热器是在17世纪后期发明的,但直至1960年以后才真正进行深入研究和规模化应用。
在太阳能低温利用领域,平板集热器的技术经济性能远比聚光集热器好。
为了提高效率,降低成本,或者为了满足特定的使用要求,开发研制了许多种平板集热器:按工质划分有空气集热器和液体集热器,目前大量使用的是液体集热器;按吸热板芯材料划分有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料及其它非金属集热器等;还有带平面反射镜集热器和逆平板集热器等;按盖板划分有单层或多层玻璃、玻璃钢或高分子透明材料、透明隔热材料集热器等。
真空管集热器为了减少平板集热器的热损,提高集热温度,国际上70年代研制成功真空集热管,其吸热体被封闭在高真空的玻璃真空管内,大大提高了热性能。
将若干支真空集热管组装在一起,即构成真空管集热器,为了增加太阳光的采集量,有的在真空集热管的背部还加装了反光板。
真空集热管大体可分为全玻璃真空集热管,玻璃-U型管真空集热管,玻璃。
金属热管真空集热管,直通式真空集热管和贮热式真空集热管。
最近,我国还研制成全玻璃热管真空集热管和新型全玻璃直通式真空集热管。
聚光集热器聚光集热器主要由聚光器、吸收器和跟踪系统三大部分组成。
按照聚光原理区分,聚光集热器基本可分为反射聚光和折射聚光两大类,每一类中按照聚光器的不同又可分为若干种。
为了满足太阳能利用的要求,简化跟踪机构,提高可靠性,降低成本,在本世纪研制开发的聚光集热器品种很多,但推广应用的数量远比平板集热器少,商业化程度也低。
3.优势(1)光伏发电新的成本降低技术路径。
采用数倍聚光的光伏发电系统”对我国太阳能光电成本降低的巨大影响
论一种新的“采用数倍聚光的光伏发电系统”对我国太阳能光电成本降低的巨大影响引文:“采用数倍聚光的光伏发电系统”是由去年回国的剑桥大学应用物理学家、现为中国科技大学和中科院理论物理所特聘研究员的陈应天教授,在他独创的新的光学聚焦与跟踪理论的诸多应用下的重要发明之一。
这个新的光学聚焦与跟踪理论,已经在国际上引起强烈反响(以色列著名太阳能专家特拉维夫大学Kribus教授评论“这是在一个多年几乎没有进展的光学基础领域中的第一个突破”),而理论的突破将带来诸多适用光学的技术应用领域的突破,如大型望远镜、新型雷达、激光并束、超精瞄准及变焦照相机、太阳能聚光等等,而太阳能方面又可以有太阳能光伏发电、太阳能热发电、太阳炉(产生3500度高温)、太阳灶(用于炊事)等多项技术发明或重大改进。
笔者从今年5月以来,一直关注着“采用数倍聚光的光伏发电系统”新技术的进展,在不到一年的时间里,该项新技术经过了原理的论证、实验室试验、样机的研制、样机的改进(提高可靠性并降低成本)、样机的示范运行五个阶段。
到目前为止,安装在中科院理论物理所楼顶的两台样机(每台峰值功率150W)已经成功地在安徽和北京两地连续运行了四个多月的时间,期间经历了酷热、阴雨、大风、低温等季节考验,一直在稳定可靠的运行。
目前,安徽应天新能源公司正在建设1万瓦的独立太阳能光伏电站,将太阳能作为公司新厂区的重要供电来源之一。
笔者欣喜地看到,这项新技术将突破我国太阳能光伏发电成本居高不下的障碍,其应用推广将使我国的太阳能光电发展走在世界前列,更难能可贵的是,这是我国完全具有自主知识产权的新技术。
因此,笔者将此文命题为“八面玲珑显威风”。
本文将以详实的数据分析这种新的光伏发电系统的特点以及对我国太阳能光电成本降低的巨大影响。
一、什么是“采用数倍聚光的光伏发电系统”?1、采用数倍聚光的光伏发电系统的主要功能和特点图1即是目前安装在中科院理论物理所楼顶示范运行的两台采用数倍聚光的光伏发电装置的照片,每台发电装置的峰值功率150W,如同镶嵌着18颗钻石,在阳光下熠熠生辉,而“绿色的”电流则源源不断的流出,最大发电电流可以达到16A。
砷化镓高倍聚光电池介绍
砷化镓太阳能光伏电池发展现状分析作者:佚名日期:2009年09月07日来源:不详【字体:大中小】我要投稿近年来,基于硅材料的太阳能电池价格起伏不定,光伏产业巨大的泡沫由于经济危机而破裂,对产业的健康发展产生了较大影响。
聚光型太阳电池可以减小对原料在量上的依赖程度,进而对降低光伏系统建造成本和产业多元化发展起到积极作用。
较之薄膜电池和普通晶体硅电池,聚光型太阳电池的光电转化率较高,因此受到研究者的高度重视一、砷化镓电池基本介绍近年来,太阳能光伏发电在全球取得长足发展。
常用光伏电池一般为多晶硅和单晶硅电池,然而由于原材料多晶硅的供应能力有限,加上国际炒家的炒作,导致国际市场上多晶硅价格一路攀升,最近一年来,由于受经济危机影响,价格有所下跌,但这种震荡的现状给光伏产业的健康发展带来困难。
目前,技术上解决这一困难的途径有两条:一是采用薄膜太阳电池,二是采用聚光太一、砷化镓电池基本介绍近年来,基于硅材料的太阳能电池价格起伏不定,光伏产业巨大的泡沫由于经济危机而破裂,对产业的健康发展产生了较大影响。
聚光型太阳电池可以减小对原料在量上的依赖程度,进而对降低光伏系统建造成本和产业多元化发展起到积极作用。
较之薄膜电池和普通晶体硅电池,聚光型太阳电池的光电转化率较高,因此受到研究者的高度重视[1]。
聚光太阳电池是用凸透镜或抛物面镜把太阳光聚焦到几倍、几十倍,或几百倍甚至上千倍,然后投射到太阳电池上。
这时太阳电池可能产生出相应倍数的电功率。
它们具有转化率高,电池占地面积小和耗材少的优点。
高倍聚光电池具有代表性的是砷化镓(GaAs)太阳电池。
二、砷化镓电池与硅光电池的比较[3]1、光电转化率:砷化镓的禁带较硅为宽,使得它的光谱响应性和空间太阳光谱匹配能力较硅好。
目前,硅电池的理论效率大概为23%,而单结的砷化镓电池理论效率达到27%,而多结的砷化镓电池理论效率更超过50%。
2、耐温性常规上,砷化镓电池的耐温性要好于硅电池,有实验数据表明,砷化镓电池在250℃的条件下仍可以正常工作,但是硅电池在200℃就已经无法正常运行。
聚光太阳能发电的几种主要形式
聚光太阳能发电的几种主要形式一、线性聚光系统线性聚光太阳能发电采用线聚焦技术,线性聚光器包括抛物面槽式系统和线性菲涅耳反射系统2种,利用很大的反射镜来捕获太阳的能量,并把太阳光反射和对焦集中到焦线上,在这条焦线上安装有线性管状集热器,集热器吸收聚焦后的太阳辐射能,把吸热管内的流体加热,然后产生过热蒸汽,驱动涡轮发电机产生电力。
线性集中聚光器系统通常由按南北向平行排列的大量聚光器组成,这样保证最大限度地聚集太阳能。
1.抛物面槽式系统目前,在美国太阳能热发电领域中占主导地位的是抛物面槽式线性聚光系统,槽式太阳能发电系统由太阳能聚光器,以及吸热配件或接收器和跟踪机构组成。
其中太阳能聚光器由许多弯曲的反射镜组合装配而成,安装在支架上。
吸热管或接收器管沿着每个抛物形反射镜的焦线固定安装,用以吸收太阳辐射能,传热工质(不管是传热流体还是水/蒸汽)都要从太阳能集热管中流过,从而产生过热蒸汽,直接输送到涡轮机用以发电。
2.线性菲涅尔反射器系统第二种线性聚光技术是线性菲涅尔反射器系统,该系统由反射镜。
聚光器和跟踪机构组成。
把平坦的或略有弯曲的反射镜安装配置在跟踪器上,在反射镜上方的空间安装吸热管,反射镜把阳光反射到吸热管。
有时在聚光器的顶部加装小型抛物面反射镜,以加强阳光的聚焦。
二、碟式引擎系统与其他聚光太阳能发电技术相比,碟式引擎系统产生的电力功率相对较少,通常在3~25万kW的范围内,很适合分布式应用,如果将多个这样分布安装的单元碟式。
引擎系统整合成一簇,可以实现集中向电网供电,不但能缓解电力能源需求,还可以提高整个电网的运行安全性。
整个发电系统安装在一个双轴跟踪支撑机构上,实现定日跟踪,连续发电,发电效率高达30%,在相同的运行温度下,发电效率明显高于槽式和塔式,是所有太阳能热发电系统中效率最高的。
缺点是碟式太阳能热发电系统的单元发电容量较小。
三、塔式系统塔式太阳能热发电系统主要由日光反射镜子系统。
接收器组成,见图。
聚光型太阳能发电系统
太阳能电池单元在位于透镜焦点附近时才能发挥功能,因此,为使 模块总是朝向太阳的方位,必须使用太阳跟踪系统。这一设计虽然转 换效率较高,但却存在透镜,聚光发热释放槽以及跟踪装置的重量及 体积较大等问题。因此,不适于装在日式住宅的屋顶使用 。
三.自动追光系统
追踪型光伏发电系统 追踪型聚光光伏发电
自动跟踪太阳光伏发电实验设备的外景图
澳大利亚的“太阳球”
澳大利亚的“绿金能源”公司研制 的“太阳球”可为那些生活在山区 的居民提供充足且廉价的电能。一 个“太阳球”的零售价为1190美元。 如果考虑到每平方米太阳能电池板 74000美元的高昂价格,1190美元 的售价可以说是相当的廉价了。 “太阳球”的表面是一片直径为1.13米的 由丙烯酸酯制成的凸透镜。它可聚集500 倍的阳光到光电转换器上。整套设备都被 安装在一个铝制导热支架上,以便及时地 为太阳能电池板降温。此外,“太阳球” 上还配备有一套双坐标驱动设备,能够跟 踪太阳的运动并调整透镜的朝向。测试表 明,在晴朗的日子里一个“太阳球”的发 电功率可以达到330瓦。也就是说,它每 天平均可以产生3度左右的电能。
发布时间:2007-6-29 11:19:24
太阳能热发电技术是大规模开发利用太阳能的一个重要技术途径。
国内首座70千瓦塔式太阳能热发电系统,2007年6月在江苏省南京市
通过科技鉴定和验收。专家组认为, 此项塔式太阳能热发电系统工程技术, 冲破了我国太阳能发电技术多年来徘徊不前的困境,这套系统整体技术达到 国际先进水平。 据塔式太阳能热发电系统项目负责人、中国工程院院士、南京市科协主席 张耀明称,以这套系统研究为基础,他的团队正在研发聚光光伏发电和光热 发电综合利用,太阳能发电成本能控制在8美分(人民币0.6元)1度电上,这将 使太阳能实用化迈出重要的一步。 发电成本在0.6元/度,被认为是太阳能发电商业化应用的重要门槛。虽然 这个价格还高于目前火电厂的并网电价,但从全社会来看,火电成本还要加 上资源消耗和污染治理上的费用等,无形中抬高了火电成本。
太阳能聚光光伏(CPV)聚光光热(CSP)介绍
一、CPV概述聚光光伏(CPV)太阳能是指利用透镜或反射镜等光学元件,将大面积的汇聚到一个极小的面积上,再将汇聚后的太通过高转化效率的光伏电池直接转化为电能。
光伏发电在经历了第一代晶硅电池和第二代薄膜电池之后,目前第三代CPV 发电方式正逐渐成为太阳能领域的投资重点,并且CPV模式相对于前两代具有诸多的优势:(1)节省昂贵的半导体材料:CPV是通过提高聚光倍数的方式,减少光伏电池的使用量,而透光镜及反光镜等光学元件的成本远远低于减少的光伏电池成本。
(2)提升光电转换效率:CPV系统采用砷化镓电池并依靠太阳追踪系统实现了更高的光电转换效率,较前两代光伏系统明显缩短能量回收期。
(3)极高的规模化潜力:CPV系统因其光电转换效率高、占地面积小等特点,是建造大型电源电站的最理想的太阳能发电技术,通过简单复制的规模化部署,单一CPV电厂可较容易的达到MW级规模。
(4)成本下降空间巨大:硅电池和薄膜电池已实现产业化生产,规模化效应已得到充分体现,并且其技术较为成熟,未来成本下降的空间已经有限。
而CPV系统的成本下降仍然较大,大批量生产的规模效应,以及聚光系统、电池、冷却系统等效率的进一步提高是成本下降的两大途径。
二、CPV太阳能系统的结构尽管各大厂商所生产的CPV系统的模式不尽相同,但各类CPV系统的组件主要是由四大部分组成,即聚光系统,光伏电池、太阳追踪系统、冷却系统。
1、聚光系统聚光系统是整个CPV系统的最重要的组成部分,它通常由主聚光器和二次聚光器组成,聚光系统的聚光精度很大程度上决定了整个CPV系统的性能高低。
根据聚光方式的不同,聚光系统可分为透射式聚光系统和反射式聚光系统。
(1)透射式聚光系统透射式聚光系统一般采用菲涅耳透镜聚焦的方式,与普通凸透镜相比,菲涅尔透镜只保留了有效折射面,可节省近80%的材料。
目前用于制作菲涅耳透镜的最常用材料是PMMA(俗称“亚克力”或“有机玻璃”),与玻璃透镜相比,它的优点是重量轻、易加工成型、成本低,而且对自然环境适应性能强,即使长时间在日光照射、风吹雨淋也不会使其性能发生改变。
新型能源发电技术——太阳能聚光发电
新型能源发电技术——太阳能聚光发电随着全球经济的不断发展,能源的需求日益增加。
但是,传统化石能源已经日渐枯竭,给环境和人类带来巨大的毒害。
在这种情况下,新型能源发电技术的发展便越来越受到人们的关注。
太阳能聚光发电作为一种新型能源发电技术,在绿色环保和能源更可持续的方向具有广泛的应用前景和重大的意义。
一、太阳能聚光发电技术的基本原理太阳能聚光发电技术利用太阳能将辐射能量转换为电能。
而这一技术的关键在于太阳能发电系统中的聚光镜(光伏聚光镜),它能聚焦太阳能的光并将其集中在像刀锋一样的光学子节上,使得能量密度达到高峰。
这些光学子节是位于光伏太阳能电池组中的,可以将光线聚焦在小的区域内,从而使得热量生成,然后转化为电能。
二、太阳能聚光发电系统的优点与传统的光伏发电技术相比,太阳能聚光发电技术有许多优点。
(1)节省空间太阳能聚光发电系统可以将入射的强光反射和集中后传输到太阳能电池中,因此不需要大面积的太阳能板,所以可以节省空间。
(2)高效率太阳能聚光发电系统的集光效果所产生的能量密度远远超过了普通太阳能电池的能量密度。
这表明,太阳能聚光系统能够产生更多的能量,从而比传统太阳能发电技术更高效。
(3)可持续利用太阳能聚光发电系统可以在任何天气情况下产生电能,这就使得其更具有可持续性。
在能源枯竭和污染问题日益严峻的情况下,太阳能聚光发电技术成为了一种能够保护环境,减少污染的有效途径。
(4)投资回报率高在投资上,选择太阳能聚光发电系统比普通太阳能电池板更有投资价值。
很多国家政府都在大力支持太阳能聚光发电技术的研究和发展。
这些技术的投资回报率高,而且可以在很短的时间内收到回报。
三、太阳能聚光发电技术的应用前景随着太阳能聚光系统技术的不断发展,其应用领域也不断拓宽。
太阳能聚光发电可以应用于许多不同的领域,包括农业、医药、航空、交通等等。
也就是说,太阳能聚光发电技术将在未来各行业和领域中扮演非常重要的角色。
(1)/ 太阳能聚光发电系统在农业方面的应用太阳能聚光发电系统能够在北极或南极等寒冷地区应用,所以其在农业方面的发展前景巨大。
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第32卷第3期2011年5月应 用 光 学Journal of Applied Optics Vol 132No.3M ay 2011文章编号:1002-2082(2011)03-0389-06用于太阳能光伏发电的高倍聚光系统张 平1,2,洪剑麟1,夏 念1,金小伟1(1.杭州永莹光电有限公司,浙江杭州310051;2.华中科技大学,湖北武汉430074)摘 要:研究了基于三结型(InGaP/InGaAs/Ge)高效太阳能电池的太阳能光伏发电的高倍聚光系统。
该系统采用高次非球面光学玻璃卡塞格林系统,运用Zem ax 和Tr acepro 光学设计软件完成200~500倍太阳能聚光系统的设计,同时设计了单片型高倍太阳能聚能光学组件,用热压成型方法研制了太阳能聚能透镜(副镜)。
采用16个性能相同的聚光光学组件和相同数量的三结型太阳能电池组成高倍聚光型太阳能光伏组件,极大地提高了聚光比,为太阳能光伏发电的高倍聚光器设计提供参考和依据。
关键词:太阳能;高倍聚光器;热压成型;非球面透镜;光伏发电中图分类号:T N29;T H 706 文献标志码:ASolar photovoltaic power generation with high -concentration -ratio systemZH ANG Ping 1,2,H ONG Jian -lin 1,XIA Nian 1,JIN Xiao -w ei 1(1.Hang zhou Y ongy ing O pt ic &Electr onic Co.,L td.,H ang zho u 310051,China;2.Huazho ng U niver sity of Science and T echnolog y,W uhan 430074,China)Abstract:Based on three -junctio n (InGaP/InGaAs/Ge)high efficient solar cell,the PV conver -sion of a hig h pow er optical system w as achiev ed,which used hig h -order precision aspheric Cassegrain sy stem.Tw o so lar PV systems of 200-500times co ncentratio n -ratio w ere o btained w ith Zemax and Tracepro.One o f them w as a monolithic system w ith solar condenser compo -nent.Seco ndary m ir ror o f high pow er solar PV sy stem w as m anufactured using ho t -pr ess for ming.16sets of optical concentration elem ents co mbined w ith three -junction (InGaP/In -GaAs/Ge)hig h efficient solar cells of the same volumes w ere used to form a com plete unit of a hig h pow er solar condenser PV system.T he solar concentration ratio is greatly increased,w hich pr ovides a g ood refer ence for the desig n of solar PV pow er generation and high -conver -g ence -ratio facilities.Key words:solar energ y;high -pow er condenser;hot -press forming;aspheric lens;photovoltaic pow er generation收稿日期:2010-10-16; 修回日期:2010-11-16基金项目:浙江省重大科技专项(优先主题)研究与产业化项目(2008C11038)。
作者简介:张平(1946-),女,浙江杭州人,教授、技术顾问,主要从事光电工程、光电光学系统设计和非球面光学应用研究工作。
E -mail pzhang8@引言光伏发电经历了第一代晶硅电池(17%左右的转换效率)和第二代薄膜电池,第三代高效H CPV 系统发电。
CPV 采用多结的III -V 族化合物电池,具有全光谱、高转换效率(可达36%左右的转换效率)等优点,采用廉价的聚光型光伏系统可减少给定功率所需的太阳能电池面积。
为了大幅度降低太阳能光伏发电成本,我们致力于太阳能光伏发电高倍聚光系统及采用热压成型方法研制500倍聚光太阳能聚能透镜(副镜),应用光学2011,32(3)张平,等:用于太阳能光伏发电的高倍聚光系统聚能透镜可构成高倍聚光型太阳能发电用光伏组件,并通过境外合作者完成样品CPV国际标准IEC62108的各项测试。
在研发过程中,同时申请相关专利5项,其中发明专利2项。
采用新结构和热压成型工艺研发高功率聚光型太阳能光伏组件,提高太阳能高倍聚光光伏组件的转换效率,降低太阳能光伏发电成本。
1用于太阳能光伏发电高倍聚光型太阳能光伏组件采用热压成型方法研制成的500倍聚光太阳能聚能透镜(副镜)可构成高倍聚光型太阳能发电用光伏组件,该组件采用模块式的设计方案,由4 @4个模块构成,每个模块包括:高倍率的太阳能聚光器件(可提高太阳能聚光比500倍);多结太阳能电池组件和散热机构(接收太阳的谱段范围350 nm~1800nm,太阳能转换效率高达36%),太阳辐射有效能是波长的函数,在0~380nm、380nm ~1100nm、1100nm~2.5nm范围内的有效能占总有效能的比例分别为15%、65%和20%。
将高倍率的太阳能聚光器件与太阳能电池制成太阳能光伏组件,外加太阳能自动跟踪聚焦式系统,可数百倍地提高发电功率,降低光伏发电的成本。
在构成太阳电池阵列时,为避免组合损失,应尽可能选用参数一致的太阳电池组件。
按照系统所需功率及电压的大小,可以用多个(例如几个、几十个、几百个甚至成千上万个)组件按串、并联规则组合一起,构成光伏阵列,以便把太阳能直接转换为电能后向负载供电。
为了确保太阳能光伏系统的性能与功能,光伏模块应通过IEC62108等国际标准检测,以保证电池板的安全性、光电性能和环境可靠性。
聚光器提高光能密度的倍数称为聚光比,当光学系统为理想系统时,可以用几何聚光比X c来表示聚光的程度,即为聚光器接收太阳辐射的入射面积与光电转换表面积之比。
但在实际情况下,考虑r为光学系统的反射率,对于折射聚光器用透过率t代替,k为聚光器的光效率(受光面的光能和入射的光能之比),实际聚光比为X c实=rk X c理设计举例。
高倍聚光型模块可采用卡塞格林光学系统和多结太阳能电池组成,使太阳光聚光比为500倍,如高次非球面主镜口径(256m m@256m m)、高次非球面副镜口径(45mm@45 m m),在导光棱镜的端面附近设置多结太阳能电池(光电池的接收面积为10mm@10mm),非球面主镜和次镜表面经镀膜处理,可反射红外段波和可见光波段的太阳光(350nm~1750nm)(镜面反射率高达95%以上),考虑塞格林光学系统产生遮拦现象而引起光能损耗、材料吸收、成型和安装工艺、生产尺寸、面形误差造成变化引起光损耗,整个光学系统透过率约为83%。
综上所述,当入射太阳能强度为800W/m2,以三结型InGaP/In-GaAs/Ge太阳能电池为主要部件的聚光太阳能电池以其高效率(可达到36.23%以上),系统采用?1b精度的跟踪量,构成新一代太阳能聚光器。
单个模块的输出功率约为17W,整个高倍聚光型太阳能光伏组件考虑系统透过能量损耗等因素,并满足三结型InGaP/InGaAs/Ge太阳能电池正常工作条件,由4@4个模块构成的光伏组件可输出功率最大值为214W(P max),最大电压为39V (V max),最大电流5.5A(A max)。
2用于高倍太阳能聚光系统设计要点2.1用于高倍聚光型太阳能光伏组件电池目前高效三结GaInP/GaInA s/Ge太阳能电池主要生产厂家为美国Spectrolab、EM CORE、德国AZUR、意大利CES、比利时ENE、中国天津电源研究所、上海空间研究院811所等。
以三结型InGaP/InGaAs/Ge太阳能电池为主要部件的聚光太阳能电池以其高效率(可达到36.23%以上)、高温性能好(工作温度每升高1e性能仅下降0.2%,可在200e情况下正常工作,聚光倍数可达500倍以上等特点被国际公认为最有发展前途和最具商用价值的新一代太阳能器件。
我们在系统研制时使用了2种高效三结太阳能电池,以设计和开发太阳能聚光器的光学器件。
一种太阳能组件是应用EM CORE T1000三结型高效太阳能电池,1cm见方的砷化镓聚光太阳能电池在500倍聚光下等效于7张12.5cm见方的硅光电池,由16个装有T1000三结型高效太阳能电池的聚光器模块组成光伏组件。
另一种为中国台湾公司生产的三结InGaP/InGaA s/Ge太阳能电池(已封装),如图1所示。
在锗基板上用电子-空穴阳极组成三结型In-GaP/InGaAs/Ge太阳能电池,波长使用范围为# 390 #应用光学2011,32(3)张平,等:用于太阳能光伏发电的高倍聚光系统图1三结InGaP/InGaA s/G e太阳能电池Fig.1Three-junction(InGaP/InGaAs/Ge)solar cell0.3L m~1.8L m,入射照明可接受高达1200suns (太阳聚光比)和更高的电流密度,每节标准尺寸为10@10mm2(受光面积)。
三结型高效太阳能电池10@10m m2受光面积电池输出参数如表1所示。
表1电池输出参数Table1Output parameters of cell1X(10@10)mm2470X(10@10)mm21150X(10@10)mm21X(5@5)mm2效率31.23%36.23%33.07%29%V o c/V 2.583 3.051 3.078 2.57J sc13.9mA/cm2 6.49A/cm215.92A/cm2 4.0mA/cm2 V mp/V 2.32V 2.704V 2.523V 2.29VJ mp13.46mA/cm2 6.27A/cm215.04A/cm2 3.9mA/cm2 P m p31.23mW/cm217.03W/cm238.03W/cm28.93mW/cm2 2.2高倍率聚光型太阳能聚光器件的设计现在分析高倍光伏聚光器光学结构类型。