聚光光伏发电系统的技术难点解析.doc

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: 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。CPV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lilm86在论坛发布，欢迎加入分析讨论：/thread-106929-1-6.htmlResearch the Solar Energy Group 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 optics 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 remaining 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 how 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 disadvantages 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 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 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, while not shading the concentrator, and operates at a low pumping power. At the University of Sydney we are currently investigating the use of impinging（碰撞） jets in cooling devices for concentrator cells 2. Basically speaking this means the water is forced out through an array of small holes and impinge onto the surface to be cooled. This method is used extensively for the cooling of gas turbines, thermal treatment of metals, cooling of internal combustion engines and thermal control of high power density electronic devices. By using this method one can achieve a very high heat transfer rate at a relatively low pumping power. Figure 2 shows a comparison of different cooling technologies available, where