| 項(xiàng)目概況 本項(xiàng)目主要研究一款基于高效多結(jié)太陽(yáng)能電池芯片,具有高效光電轉(zhuǎn)換效率的光伏發(fā)電系統(tǒng),。利用非成像系統(tǒng)光學(xué)原理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的聚光器件，使其具有500倍的高聚光比和較大的接收角,。同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的緊湊簡(jiǎn)化,，易于加工，為光伏發(fā)電系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)保障,。 隨著傳統(tǒng)化石類能源的枯竭和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重,利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電成為實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的一種有效方法和途徑,。但目前硅系太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率一般在15%左右,想再提高轉(zhuǎn)換效率已十分困難,同時(shí)成本居高不下。提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本是太陽(yáng)能光伏技術(shù)中的根本因素,。目前研究較多的III-V族材料體系的多結(jié)太陽(yáng)能電池理論上可達(dá)70%的轉(zhuǎn)化效率獨(dú)具優(yōu)勢(shì), 如InGaP/GaAs/Ge三結(jié)電池,，所報(bào)道的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)42.8％左右。但是砷化鎵(GaAs)的材料成本遠(yuǎn)高于硅電池的材料成本,而電池片的價(jià)格是光伏系統(tǒng)成本最主要的部分,。如果使用廉價(jià)的聚光光學(xué)元件將太陽(yáng)光會(huì)聚到面積很小的高效多結(jié)太陽(yáng)能電池上,即圖1所示,，則能極大提高光電轉(zhuǎn)換效率、減小電池使用面積,同時(shí)由于小尺寸電池可以利用現(xiàn)有集成電路制作工藝來(lái)進(jìn)行加工,從而使太陽(yáng)能光伏發(fā)電總體成本大幅度降低,，以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏轉(zhuǎn)換高效性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一,，這是未來(lái)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)。如圖2所示,，高聚光太陽(yáng)能技術(shù)可使轉(zhuǎn)換效率從目前的15%左右提高到42%,。 聚光系統(tǒng)在幾十年來(lái)研究歷程中也經(jīng)歷了一次次革新。目前代表性的器件主要有拱形線聚焦透鏡,，復(fù)合拋物面聚光器,，菲涅爾聚焦鏡等。但拱形線聚焦透鏡不能獲得較高的會(huì)聚比,，復(fù)合拋物面聚光器高寬比較大,，菲涅爾聚焦鏡聚光均勻性差，需要高精度的太陽(yáng)同步追蹤裝置,，誤差1°損失光強(qiáng)幾乎100%,，以上缺陷使得所提出的系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。近幾年利用非成像光學(xué)原理設(shè)計(jì)的聚光系統(tǒng)有RR型，RX型,，XR型,，XX型以及RXI型（R表示一次折射，X表示一次反射,，I表示一次全反射）等,，更易于獲得高聚光比，易于集成封裝,，更有利于實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)?；?guó)內(nèi)也有多家科研單位及企業(yè)致力于聚光光伏系統(tǒng)的研究,，但由于成本過(guò)高或效率不足等問(wèn)題,，絕大多數(shù)尚處于技術(shù)試驗(yàn)階段。 目前世界各個(gè)國(guó)家對(duì)高聚光太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展非常重視,。日本夏普公司2007年底公布了1000倍聚光,、轉(zhuǎn)換效率高達(dá)40％的4.5mm2的InGaPAs系多結(jié)太陽(yáng)能電池單元。2008年初,，美國(guó)Delaware大學(xué)的Allen Barnett的研究團(tuán)隊(duì)研制的超高效太陽(yáng)能電池（VHESC）,，僅在20個(gè)太陽(yáng)的聚光條件下即可實(shí)現(xiàn)42.8％的組合效率。2008年8月,，美國(guó)能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）宣布,，采用倒置贗形三結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池在326個(gè)太陽(yáng)的聚光條件下，其光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)40.8％,。2009年,，德國(guó)研制出454倍聚光條件下獲得41.1%的聚光系統(tǒng)，這是目前常規(guī)聚光方式下達(dá)到得最高光電轉(zhuǎn)換效率,。各國(guó)光伏企業(yè)在今年開(kāi)始紛紛展開(kāi)賽跑,，未來(lái)10年，全球聚光光伏年均增速預(yù)計(jì)在 40%以上,，到2020年行業(yè)總產(chǎn)值可達(dá)500億元左右,。國(guó)內(nèi)也有多家科研單位及企業(yè)致力于聚光光伏系統(tǒng)的研究，但絕大多數(shù)尚處于技術(shù)試驗(yàn)階段,。中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研制出由菲涅爾透鏡組合導(dǎo)光筒的高倍聚光器,，可獲得400倍聚光比。目前,，國(guó)內(nèi)三安光電,、利達(dá)光電以及中國(guó)電子科技集團(tuán)第18研究所等一些企業(yè)研究所自主研發(fā)的三結(jié)砷化鎵電池最高轉(zhuǎn)化效率達(dá)39%，在500倍聚光下模塊轉(zhuǎn)換效率達(dá)30%以上,，臺(tái)灣禧通科技公司生產(chǎn)的10*10mm電池在500倍聚光下效率可超過(guò)37%,，這些公司與企業(yè)的研究進(jìn)展對(duì)推進(jìn)我國(guó)聚光技術(shù)發(fā)展提供了技術(shù)支持,。 我國(guó)太陽(yáng)能資源十分豐富，在太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)方面已有一定基礎(chǔ),，因此,，對(duì)其發(fā)展聚光光伏產(chǎn)業(yè)，加速太陽(yáng)能資源的開(kāi)發(fā)有著深遠(yuǎn)的意義,。同時(shí),，國(guó)家對(duì)以新能源產(chǎn)業(yè)為代表的低碳經(jīng)濟(jì)扶持的力度越來(lái)越大，2008年在內(nèi)蒙古投資興建首座聚光光伏示范電站,，聚光系統(tǒng)采用陳天應(yīng)教授的4倍聚光比光漏斗,。而高倍聚光光伏發(fā)電技術(shù)在全世界剛剛興起，我國(guó)與先進(jìn)國(guó)家技術(shù)差距并不是很大,，此時(shí)大力發(fā)展聚光光伏產(chǎn)業(yè)正當(dāng)其時(shí),。因此本課題擬提出一款基于非成像光學(xué)聚光器件的高倍聚光光伏發(fā)電系統(tǒng),其具有500倍聚光比,±2°接收角以及近40%的光電轉(zhuǎn)化效率。本課題的研究具有重要的科學(xué)價(jià)值和潛在的應(yīng)用前景,，在河北省光伏領(lǐng)域龍頭企業(yè)的合作下,，有力推動(dòng)環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)的快速發(fā)展,，同時(shí)促進(jìn)光學(xué),、半導(dǎo)體及自動(dòng)控制多個(gè)學(xué)科的發(fā)展。 技術(shù)創(chuàng)新性： 1,、開(kāi)發(fā)和完善非成像光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù),，完成500倍聚光比，2°接收角的聚光系統(tǒng),；
社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益： 預(yù)期設(shè)計(jì)完成低成本的高效聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，達(dá)到40%的光電轉(zhuǎn)換效率,，單元模塊輸出峰值功率有望達(dá)到250W以上,，若采用4*5陣列的太陽(yáng)能板,，則每臺(tái)輸出功率為5KW,而每臺(tái)系統(tǒng)成本約為2萬(wàn)-3萬(wàn)，與目前平板式光伏發(fā)電10-15元/瓦的建設(shè)成本相比,下降了至少50%,。如果建立起兆瓦級(jí)的電站,，按河北省年平均日照時(shí)間2700小時(shí)計(jì)算，年發(fā)電量可達(dá)接近300萬(wàn)千瓦時(shí),，則每度電成本能降到0.5-0.8元/度,，是目前國(guó)家最新規(guī)定1.5元/度光伏上網(wǎng)電價(jià)的30%-50%。相比同面積的平板固定電池及薄膜電池,，發(fā)電量呈幾百倍的提高,，因此，此項(xiàng)目將會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益,。系統(tǒng)研發(fā)完成后將在保定安裝進(jìn)行測(cè)試,，一旦各項(xiàng)性能達(dá)標(biāo)便在保定天威薄膜光伏有限公司的配合下進(jìn)行推廣，完成規(guī)?；a(chǎn),，同時(shí)有望爭(zhēng)取到其他國(guó)家資金和風(fēng)險(xiǎn)投資。 合作方式： 技術(shù)轉(zhuǎn)讓 技術(shù)許可 成立公司 |
