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简述高倍聚光太阳能技术发展现状

2015-5-30 13:45:07      点击:
这个行业在去年经历了一些发电项目投资上的困难以及一些关于这项技术在银行融资上的议论,但项目安装仍然在继续,在成本下降和技术进步方面看起来也还是乐观的。
  
  高倍聚光技术的市场和产业在最近几年取得很大进展,以下是一些基本情况:
  
  1、累积的安装并网已经达到330MWp。其中,超过30MWp的项目有:中国格尔木日芯公司的60MWp和80MWp项目,南非soitec公司44MWp的Touwsrivier项目,美国科罗拉多Amonix公司位于Alamosa的30MWp项目;
  
  2、已经证明的可靠性和现场数据超过6年;
  
  3、全世界产能500MW/年;
  
  4、高倍聚光的研发和技术水平进展:已经认证的电池效率世界记录为46%,已经确认的模组(组件)效率世界记录为36.7%,均由德国FraunhoferISE实验室获得。100kW以上项目统计分析表明,平均电站效率已经达到74%-80%;
  
  5、自2002年以来,高倍聚光芯片的光电转换效率每年提高0.9%以上。
  
  高倍聚光技术的特点
  
  作为公共事业级的并网发电技术,高倍聚光已经进入了商业市场,这篇报告将就以下几个方面全面回顾高倍聚光技术的最新进展,包括市场、行业、研发和技术。
  
  尽管这个行业在去年经历了一些发电项目投资上的困难以及一些关于这项技术在银行融资上的议论,但项目安装仍然在继续,在成本下降和技术进步方面看起来也还是乐观的。
  
  高倍聚光的基本原理是利用相对廉价的聚光光学系统来替代昂贵但是高效率的III-V半导体芯片,使得它在发电度电成本上与光热技术和通常的平板(晶硅)系统具有竞争力,特别是在一些高辐射度的地区。高倍聚光特别适合于在阳光充足的地区(直射阳光DNI>2000kWh/m2/a)建设大型发电项目,超过90%的高倍聚光发电(HCPV)系统采用高聚光比模组和双轴跟踪系统(统计至2014年11月)。
  
  所谓高聚光比指的是聚光比在300~1000之间,采用III-V族半导体材料的多结芯片(如三结GaInP/InGaAs/Ge)。低倍聚光(LCPV)系统的聚光比一般小于100,通常使用高效的单晶硅芯片,采用单轴跟踪系统或双轴跟踪系统,本文对此不作重点评述。
  
  越来越多的高倍聚光系统采用的是高聚光比的模组,也就是使用高效的III-V半导体芯片,这种芯片的效率提升非常显著,直接导致了聚光系统整体的成本下降。在标准测试条件下,FraunhoferISE实验室的模组效率已经达到了36.7%,而大多数的商业模组已经超过了30%。最近几年,得益于芯片和光学效率的提升,高倍聚光的AC系统效率也都达到了25%-29%之间。同时由于带跟踪系统的缘故,高倍聚光系统在电力需求高峰的下午时段能够保持可观的电力输出。
  
  根据项目不同,高倍聚光的规模范围从kW到MW级都可以。由于一些跟踪系统的立柱并不怎么占地方,项目地还可以做其他(如农业)用途。
  
  高倍聚光的另外一大优点是,不像普通的晶硅系统,其电力输出不太受环境温度影响,在气候炎热的地区比较有安装优势。
  
  从生产制造环节来看,高倍聚光的初始设备投资相对于其他光伏技术(如晶硅)是比较低的,尽管存在不同的高倍聚光设计和生产工艺路线。美国可再生能源实验室(NREL)的详细分析指出,采用菲涅耳透镜和二次光学的技术路线,生产芯片和模组的设备投资为$0.56/Wp(DC),其他设计形式还可能更低。大部分的高倍聚光系统生产厂家还把芯片和光学部分的生产外包,这样的话,其生产设备投资还要低得多。
  
  一些分析报告还显示,自从进入光伏市场以来,高倍聚光系统的安装成本在持续下降。2013年,FrauhoferISE的一份报告发现,安装10MWp的高倍聚光项目,价格在1.4欧元到2.2欧元每瓦。价格变化是因为采用不同的技术路线和新的不同安装地点造成的差异,基于这些项目计算得到的平准化电力成本(LCOE)为0.1欧元/度到0.15欧元/度(对应的辐射度DNI=2000kWh/m2/a)和0.08欧元/度到0.12欧元/度(对应的辐射度DNI=2500kWh/m2/a)。
  
  高倍聚光的芯片、模组和系统已经研发了几十年,最早的聚光系统样机出现在上个世纪60年代,准确的说聚光光伏并不是一个新近才出现的光伏技术路线,但其真正进入市场是在2000年代中期。
  
  跟晶硅技术相比,在大规模光伏并网发电应用市场上,高倍聚光还是个年轻的小角色(尽管其芯片技术在太空中已经是非常成熟的应用)。这暗示了聚光可靠性数据积累不足,也体现在价格和行业成熟度上,聚光光伏还未得到真正的重视。