三五族太陽能電池性能 ( CPV ) 進(jìn)展報(bào)告
?在馬德里駛往塞維利亞的火車上，透過車窗向外望去，你能看到散落在化合物半導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)發(fā)電廠中，一片呈密集方陣狀排列的太陽能電池板。如今這樣的景象越來越常見，聚光光伏產(chǎn)業(yè)聚首在馬德里，在“CPV Today”峰會(huì)上報(bào)告各自系統(tǒng)的最新進(jìn)展。
??? 如果我們打算尋訪當(dāng)下正興起的化合物半導(dǎo)體太陽能技術(shù)的發(fā)源地，西班牙首都馬德里應(yīng)該是首當(dāng)其沖的。今年，聚光光伏系統(tǒng)研究所（ISFOC）已獲官方支持，開展基于三五族材料的太陽能系統(tǒng)效能的研究。盡管這些實(shí)驗(yàn)席卷西班牙各地，但馬德里理工大學(xué)（UPM）才是首家開展上述研究工作的。今年在馬德里主辦的CPV Today開幕式上，馬德里理工大學(xué)太陽能研究所主任Antonio Luque在會(huì)議的開幕式演講中強(qiáng)調(diào)了此次會(huì)議的重要性，并稱之為“CPV賽跑第一響”。
??? 盡管在場的350多名觀眾一片嘩然，Luque和他的同事Gabriel Sala還是把演講繼續(xù)下去，并將來自產(chǎn)業(yè)界的廣泛興趣視作至關(guān)重要。會(huì)議主席Sala注意到聽眾中有投資人和分析師在場，她號(hào)召金融界的人士對(duì)聚光型和傳統(tǒng)硅光伏系統(tǒng)之間的差別有進(jìn)一步的了解。
Luque接著更詳細(xì)的解釋了二者最主要的區(qū)別，CPV太陽能陣列系統(tǒng)的核心是采用化合物半導(dǎo)體電池。這些電池在鍺襯底上單片集成了GaInP和GaAs薄層，每層吸收光譜中的不同部分。三結(jié)電池輕而易舉地保持太陽能轉(zhuǎn)換效率的最高紀(jì)錄40%，而硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率相對(duì)僅有27%。
??? 以往化合物半導(dǎo)體與硅的比較當(dāng)中，有兩點(diǎn)共性：即器件性能更好，價(jià)格陰影卻揮之不去。此次也不例外。Luque認(rèn)為目前硅太陽能電池已經(jīng)到達(dá)其理論效率的極限，但他相信單片集成的三五族電池的效率至少能達(dá)到50%。通過采用多種可行的設(shè)計(jì)方案應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，例如使用量子點(diǎn)作為電池中的另一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)。
??? 這個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了，電流限制法仍可適用。美國太陽能電池制造商Spectrolab的CPV產(chǎn)品技術(shù)指導(dǎo)Geoff Kinsey解釋了該公司最新一代三結(jié)技術(shù)能帶來什么進(jìn)展。由于產(chǎn)品將于今年第三季度投放市場，C2MJ生產(chǎn)線的目標(biāo)就是要將效率提高到42%。由于工廠每日生產(chǎn)的不確定性，效率上會(huì)有正負(fù)2%的差異，但無論如何電池的效率能超過38%。到2009年，Spectrolab希望對(duì)目前電池中使用的材料進(jìn)行若干修改，使其效率達(dá)到43%，但修改細(xì)節(jié)未透露。
??? Solar Systems演示了高倍聚光的效果，通過使用一個(gè)聚光器就能將一張6mm厚的銅箔燒一個(gè)洞。
??? 歐洲三五族材料電池制造商Azur Space學(xué)Spectrolab和Emcore的樣兒在衛(wèi)星供電領(lǐng)域暫露頭角。如此，它的主要經(jīng)濟(jì)來源仍來自于太空工業(yè)，而CPV產(chǎn)業(yè)只為一小部分。該公司為Concentrix Solar和Sol3G等系統(tǒng)集成商提供轉(zhuǎn)換效率35%、聚光強(qiáng)度500倍的電池。然而，據(jù)該公司業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Gerhard Strobl說，公司的研發(fā)力量將來需要更多的投向CPV。
???? 盡管電池效率還有提高的空間，但如果沒有經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)這些可能性仍只能停留在學(xué)術(shù)層面。CPV Today峰會(huì)上強(qiáng)調(diào)的關(guān)鍵點(diǎn)是，增加全球能源產(chǎn)業(yè)部門的支持力度就是最切實(shí)的驅(qū)動(dòng)力。供電企業(yè)和金融集團(tuán)在出席會(huì)議的聽眾中占有相當(dāng)可觀的比例，因此，領(lǐng)先的系統(tǒng)制造商都竭力向大家展示CPV總的發(fā)展前景及其產(chǎn)品的獨(dú)特性能。:
??? 極具諷刺意義的是，在這樣一個(gè)致力于西班牙CPV產(chǎn)業(yè)發(fā)展的會(huì)議中，有關(guān)系統(tǒng)性能的精確數(shù)據(jù)都來自德國和澳大利亞的公司。作為ISFOC最初的三個(gè)參與者之一，今年二月份，德國Concentrix Solar公司已經(jīng)完成安裝了300kW項(xiàng)目中的100kW。因?yàn)楣こ陶谄鸩诫A段，Concentrix只展示了它位于西班牙Llorca的5.75kW發(fā)電廠在2007年9月某日的典型數(shù)據(jù)。清晰的數(shù)據(jù)說明了模塊效率在上午10點(diǎn)之前和下午6點(diǎn)之后高于20%，并在下午2點(diǎn)達(dá)到輸出功率峰值5kW。據(jù)首席執(zhí)行官Hansj鰎g Lerchenm黮ler聲稱，相對(duì)于硅系統(tǒng)，其模塊效率僅有14%；這套系統(tǒng)在效率方面的優(yōu)勢能轉(zhuǎn)化為節(jié)約費(fèi)用，以抵消系統(tǒng)最初的一部分成本。
??? Lerchenm黮ler表示，起步階段依照現(xiàn)有的技術(shù)能力，模塊效率數(shù)據(jù)最終會(huì)小于25%。他希望到2010年，這種技術(shù)水平能幫助Concentrix公司打敗硅的歐元/瓦成本。今年八月該公司已建成當(dāng)今最先進(jìn)的制造工廠，模塊的年生產(chǎn)力可達(dá)25MW，這也將有助于降低成本。
??? Concentrix得到能源公司Abengoa Solar和Good Energy的支持，而滯壓的訂單讓他們今年都有活干。Concentrix是從著名的夫瑯和費(fèi)研究所（Fraunhofer Institute）中獨(dú)立出來，他們報(bào)告了結(jié)果分析，并自信將會(huì)成為CPV產(chǎn)業(yè)中的生力軍。
??? 澳大利亞Solar Systems公司應(yīng)該算是目前這波CPV技術(shù)浪潮的先鋒之一。它建立于1990年，并已有10多年運(yùn)營商業(yè)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)。Solar Systems公司同樣經(jīng)歷了從硅到化合物半導(dǎo)體電池的轉(zhuǎn)變，對(duì)照先后的數(shù)據(jù)，硅電池的效率比化合物半導(dǎo)
體的要少46%。
??? Solar Systems公司現(xiàn)有的系統(tǒng)主要是碟式聚光器，相比較而言，平面定日鏡陣列在全球其他系統(tǒng)上更常用。該公司CTO John Lasich展示了基于蝶式聚光器技術(shù)的發(fā)電站數(shù)據(jù)，其峰值輸出功率達(dá)130kW，其中最好的轉(zhuǎn)換器效率達(dá)到23.7%。在另外一處發(fā)電站，兩年的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，在平均太陽輻射能為7kWh/m2的情況下，單個(gè)33kW接收器每天能提供196kWh的電能。這相當(dāng)于系統(tǒng)直流電效率為21.2%，轉(zhuǎn)化為交流電時(shí)效率略降至19.6%，這也能和現(xiàn)有的普通電網(wǎng)相兼容。
??? Solar Systems宣稱能源公司TruEnergy是另一家支持者，它是香港中華電力有限公司（China Light and Power）的子公司，同時(shí)也有來自澳大利亞政府的強(qiáng)力支持。該公司有一個(gè)154MW發(fā)電站項(xiàng)目仍在建設(shè)中，到2013年將試運(yùn)行；在此之前，這些合作伙伴會(huì)幫助它改用定日鏡?；诖隧?xiàng)采用了Spectrolab 電池的大規(guī)模工程，Solar Systems將為當(dāng)今CPV技術(shù)再次開拓出一條技術(shù)路線。
??? 對(duì)于其他的系統(tǒng)制造商，以自己的行動(dòng)來證實(shí)制造能力比展示結(jié)果更為重要。其中有Concentraci髇 Solar la Mancha——現(xiàn)在是Reno-valia Energy集團(tuán)的一部分，宣稱已成為西班牙主要的光伏發(fā)電站承建商。該公司CEO Miguel Trinidad有多年汽車產(chǎn)業(yè)的工作經(jīng)歷，他希望充分利用以往在制造領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)CPV產(chǎn)業(yè)發(fā)展之需。引入汽車制造業(yè)的經(jīng)驗(yàn)也是降低CPV生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。
戰(zhàn)略考慮
??? 在本次會(huì)議中，Emcore派出了最大的單個(gè)企業(yè)代表團(tuán)，這表明它比競爭對(duì)手Spectrolab更加重視CPV。該公司并沒有展示其GaAs電池的研發(fā)成果，而是他們的CPV系統(tǒng)。借用Emcore之前作為化合物半導(dǎo)體外延生長設(shè)備供應(yīng)商的經(jīng)驗(yàn)，CPV商業(yè)部的副總裁Earl Fuller提升了他的系統(tǒng)。Fuller談到了包括參與到ISFOC的那些系統(tǒng)訂單，在西班牙有個(gè)850kW的發(fā)電項(xiàng)目，但沒有透露已完工了多少。
這套系統(tǒng)的定位使有些參會(huì)者感到不安，不然他們有些可能成為Emcore電池的客戶。他們擔(dān)心Emcore會(huì)垂直整合它全部的電池產(chǎn)品，超過他們喜愛的電池效率紀(jì)錄保持者Spectrolab，即使它們比較昂貴。但是在CPV Today會(huì)議上，有幾張新面孔出現(xiàn)，比如Solar Junction和***LED制造商Arima，他們同時(shí)也是三五族電池制造商，或許能打消這個(gè)疑慮。后來有傳言，像日本夏普和韓國三星等半導(dǎo)體業(yè)巨頭，不久將生產(chǎn)CPV電池。
??? 今年二月的Puertollano太陽能發(fā)電站，首個(gè)100kW的Concentrix ISFOC已安裝完備。
??? Emcore的系統(tǒng)定位同時(shí)也意味著，他們沒有提及主要的三五族電池客戶澳大利亞公司Green and Gold Energy，它早前自行發(fā)布了一些評(píng)論。就在CPV Today會(huì)議開幕之前的兩周，關(guān)于這兩家公司關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)上猜測紛紛，使Emcore的股價(jià)在一天內(nèi)下跌了三分之一。某些與會(huì)者猜測Emcore可能想與Green and Gold脫離關(guān)系，但Emcore光伏部門的負(fù)責(zé)人David Danzilio對(duì)此否認(rèn)。相反他為同事Fuller辯護(hù)，Green and Gold實(shí)際上是他們的競爭者，所以在上篇關(guān)于Emcore發(fā)電系統(tǒng)的演講中不應(yīng)該提及。
??? 許多與會(huì)者關(guān)注Emcore和Green and Gold兩家公司之間的紛爭。他們感到投資分析師和銀行家的出席是件喜憂摻半的事情。有些人援引電信行業(yè)的例子，太陽能產(chǎn)業(yè)界彌漫著焦慮，在肆無忌憚的消極融資方式的推動(dòng)下化為經(jīng)濟(jì)泡沫。
??? 而Green and Gold方面，CEO Watson表明他對(duì)公司的技術(shù)滿懷信心。該公司研發(fā)投資來自Waston和其他私人投資者的50萬澳元（約合47.2萬美元）。目前Green and Gold的SunCube系統(tǒng)接近商業(yè)化，追加的600萬資金贏得了海外制造授權(quán)。Waston宣布在2007年3月，Green and Gold大樓樓頂上安裝的模塊其“真實(shí)”峰值效率可達(dá)30%。他也介紹了標(biāo)準(zhǔn)的測試數(shù)據(jù)，但對(duì)近期頒布的關(guān)于CPV模塊安全和可靠性的標(biāo)準(zhǔn)IEC 62108提出了質(zhì)疑，認(rèn)為它沒有什么實(shí)際用途。對(duì)輸出功率測試缺乏公信度，這意味著化合物半導(dǎo)體和硅光伏之間并不能直接進(jìn)行對(duì)比。Watson感覺這個(gè)事實(shí)對(duì)參與制定標(biāo)準(zhǔn)的硅技術(shù)業(yè)界人士產(chǎn)生了消極的影響。
??? 西班牙Puertullano市長最后一個(gè)發(fā)言。有兩個(gè)ISFOC項(xiàng)目選在Puertullano，會(huì)議期間關(guān)于它的描述被傳得神乎其神，接近“CPV理想中的黃金國”。Lerchenm黮ler說，在馬德里到塞維利亞的火車上，從窗外看去你就能看到他們的設(shè)備。而且除了ISFOC之外，在Puertullano不久還將建設(shè)另一個(gè)獨(dú)立的研究中心，隸屬于系統(tǒng)制造商SolFocus。
??? Puertollano賦予自己“世界能源之城”的稱號(hào)，在歷史上曾經(jīng)是一個(gè)產(chǎn)煤城市，現(xiàn)在還保留了強(qiáng)大的石油化工產(chǎn)業(yè)。此外，他們?yōu)橹圃斐鑫靼嘌赖谝黄瑔尉Ч杈詾楹?。在這里，BP Solar也正準(zhǔn)備投資1億歐元（約合1.55億美元）建造歐洲最大的太陽能模塊制造廠。
??? 在ISFOC項(xiàng)目的旁側(cè)，圍繞著這么多實(shí)力不凡的實(shí)干派，這就是今日CPV技術(shù)的現(xiàn)狀，它清晰地表明了CPV技術(shù)正在不斷發(fā)展并開始?jí)汛蟆Ｕ\然要想戰(zhàn)勝強(qiáng)大的競爭者，CPV產(chǎn)業(yè)還需不懈的努力。
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