聚光太阳能发电：前景几何？
聚光太阳能发电：前景几何？ 更新时间：2010-9-29 6:38:30 9月25日这天，当48个聚光光伏组件组成的光伏列阵被放置在哈尔滨工业大学威海校区的一块空地上时，上海聚恒太阳能有限公司总经理容岗的脸上，露出了笑意。这也是公司成立3年来的第一个聚光光伏示范电站项目，总计11.28千瓦。 若是把尚德、英利等这样的光伏组件制造商召集来，看看该示范电站的话，或许他们会不屑一顾：“这个规模恐怕也太小了吧？” 但是，对容岗和其他同业者而言，可能聚光光伏比以多晶硅为源头的电池组件，更加值得期待。 聚光光伏前景如何？ 相比晶硅以及薄膜电池产业来说，聚光光伏是不是一个具有极大诱惑力的市场，至少目前还不能得出一个确定的结论。但是，投身于此行业的公司已经越来越多，其中就包括Boeing、Amonix、夏普、Practical Instruments以及国内的三安光电、昊阳新能源、安徽应天新能源、汉龙集团等等。 聚恒太阳能技术总监王士涛就解释道：顾名思义，“聚光”就是把太阳光聚在一个小小的电池上，“我们公司所制造的是聚光光伏组件，由平板玻璃光学系统和太阳能电池组成。” 湘财证券研究员侯文涛则表示，事实上聚光光伏发电系统，就是利用光学系统，将太阳能汇聚到太阳能电池芯片上，然后再利用光伏效应把光能转化为电能的发电技术。 华电集团一位管理层对《第一财经日报》记者说，聚光光伏有不同的技术，一种类似聚恒太阳能这样的方式，简称为“透射式”。他也接触过另一种技术，即把太阳能电池放在透镜之上，通过二次反射曲面的聚焦，再让电池芯片实现光电转换，这种技术已经有以色列的企业在运用。 无论采用何种细分技术，聚光光伏发电具备了一些晶硅电池无法比拟的优势，在业界，它也被看做是能取代部分晶硅市场的第三代光伏技术. 王士涛向记者说道，现在聚恒太阳能所研发的产品，可以让透镜的面积是电池面积的576倍。“换句话说，1000平方厘米的晶硅面积，才能与类似一块1厘米乘以1厘米的太阳能聚光电池所发出的电能相媲美。” 从理论上来讲，放大倍数越高的话，那么芯片的材料也就越节省。“事实上，一块用在聚光光伏发电上的电池，其造价是晶硅电池的100倍。不过，如果透镜与电池之间的倍数能超过300倍的话，那么聚光电池的成本也就与晶硅电池打平了。所以，各企业都在研究放大倍数更高的聚光光伏产品，这样可以节省更多的材料。”王士涛表示，现在国内的三安光电公司也可以做到529倍。 聚光光伏发电的另一大优势则在于其极高的转换效率。 聚恒太阳能透露，其在哈工大威海校区建立的这一示范电站项目的电池转换效率约为25%。如果确实的话，那么该效率已比中国市面上所有晶硅的转换效率高得多. 理论上看，一般聚光发电的转换效率约为70%，若加上一些折损，那么未来1~2年的话，聚光转换效率突破30%的可能性是很大的。 侯文涛表示，聚光光伏技术是在面积上节省了原材料，其成本极限也必然会低于晶硅和薄膜电池，“目前，根据Sunpower公司的理论推测，35%光电转换效率的电池聚焦系统，可能是成本最低的发电方式，也可能是最终的发电技术。” 该技术的转换效率之所以如此之高，也与电池的性质有关。聚光光伏电站多会采用“多结三五族”太阳能电池，它也被称为“砷化镓”电池，是目前光电转换效率最高的电池。 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。 事实上，聚光之后还会产生较多的热量，可以把这些热量再转为电力或者热水，因而，聚光发电容易与光热系统结合来使用。 为何发展迟缓？ 但是，当晶硅电池已经占有全球80%以上的光伏电站市场之后，聚光光伏发电才突然有了点动静，不禁让人陡生疑虑：到底是什么原因，使得该技术现在才浮出水面呢？ 在上世纪90年代初，德国、澳大利亚、美国及日本等国其实都已经相继推出了各类“太阳能屋顶”计划。但是，从聚光的特性来看，并不适合屋顶，晶硅才是屋顶最适合的产品。 容岗告诉记者，聚光光伏项目一般都是通过一个支架直接安放在地面上，假设全部安装在屋顶的话，存在维护和安装上的困难。 记者了解到，这种新型电站项目其实是要向地面打一个深1.5米左右的桩，再支撑起玻璃和电池的。想象一下，假设你家的屋顶也被植入一个桩的话，将是怎样的一幅场景？不过，并不是说聚光就完全不能走入家庭。如果有别墅区，且聚光光伏的安装与维护也有专门的公司来操作的话，它也是可以安装的。 “2004年，德国推出了上网电价法，该国通过补贴政策，来直接支持地面系统发电。随后的2005年，就出现了聚光电池。”容岗回忆道。 他也认为，使得聚光光伏产业大发展的另一个原因，在于技术的进步。十多年前，聚光电池的转换效率并不高，但进入21世纪之后，转换效率则以每年1%和1.5%的速度在增长，“上世纪90年代初，在太空用的是晶硅电池，末期则出现了多结太阳能电池，从而解决了晶硅电池转换效率受限的问题。多结电池的好处在于，每层都可以更大限度地吸收太阳能，光电转换效率的理论值能达70%，现在国际上可以做到的最高效率约为40%，批量生产的话，如今能有38%的多结电池。” 目前，国外已有30兆瓦的聚光光伏电站。如果一个项目能够达到30兆瓦的话，已不算小，这也意味着，该技术将成为被认可的技术。在南非，还有50兆瓦的聚光电站项目在洽谈过程中。 仍存障碍 不过，对于很多聚光光伏企业的投资商、生产商而言，该产业也还有一系列的困难需要解决。 首先，聚光示范电站的建设成本还是比较高的。因为其主要应用于地面电站，因而地面光伏电站的补贴是否能够到位就至关重要了。未来，中国需要有针对地面系统的补贴政策，这样才可能让聚光产业在国内做得更大。 其次，聚光电站的维护也是另一个难题。目前，最适合建设聚光光伏电站的是我国西部地区一些医院、学校等等。 而且，最好光伏电站的建设方也有比较大的电站建设计划，这样聚光的组件制造商、投资商可能才会获得比较好的回报。根据湘财证券的数据，一个200兆瓦的电站，其每瓦的成本约为1欧元，相比20兆瓦的项目要低50%。 由于聚光电站结合了光学、控制、机械等多种学科技术，其研发投入可能也相比晶硅技术要更高一些。因此，一些看好聚光产业的投资者可能也需要有一些耐心，来等待这个产业的不断壮大。 谈到技术，不得不提到“跟踪系统”。由于是将太阳的光线精准聚焦，因此，一定要有高精度的追踪系统与电池组件相互配合才行。 目前，聚恒太阳能自己设计了跟踪系统，其要求是要让太阳的入射角控制在“0.5度”左右。 根据《电源技术》相关文章的说法，一旦入射角偏离0.5度，那么400倍的透镜作用下，光学效率也将衰减至64%；如果入射角偏离1度，光学效率也将降低为零。 “太阳能辐射地球的时候，还会有一个包容半角0.28度，在设计跟踪系统及精度的时候，这一点也要有所考虑。所以，如果想要实时地对准太阳，那么对其的跟踪，也要精确到0.5度才行。”王士涛说。 尽管聚恒太阳能已搭建了一个比较完整的国内外技术团队，但是仍然在寻求与高校之间的合作。 近日，该公司与哈工大达成协议，将联合成立太阳能研究所。此研究所将利用哈工大在航空航天技术领域的优势，整合威海校区在光学、能源、微电子等领域的科研力量，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。