太阳能“淘金热”催生技术创新潮
2011-05-18 09:10:53 来源: 浏览次数:0
当下的太阳能“淘金热”令投资者与业界专家醉心寻找最佳的高效率、低成本的发电技术,但这并非易事。现有的太阳能电池技术受气候、温度或其他环境因素的制约,往往只适用于某些地区,比如,在赤道沙漠地区的最佳方案并不适用于纬度大于 45°的地区。
实际上,目前的太阳能电池技术各有所长。一般而言,高效晶硅电池较为适合寒冷的高纬度环境;在气候温暖、阳光充足的地区,薄膜电池的性价比最高;而高效聚光太阳能电池则适用于少云地区,不受温度或纬度的限制。今后,随着这些技术在各自的细分区域市场中发展起来,整体的市场份额将发生巨大改变。
当前主要太阳能技术
晶片 硅晶片仍是目前应用最广的太阳能电池材料,以75%-90%的市场份额称霸光伏领域。虽然硅晶的效率相对较高,但与温度却呈负相关,即硅晶片受热越多,产生的电能就越少。温度每上升1摄氏度,大多数晶硅太阳能电池的效率就下降0.5%,因此特别适合气候凉爽的地区。
从使用的材料来看,采用由柱形硅锭切割成的单晶硅片制作的电池效率最高,为20%-24%,因为在单晶硅中晶格是连续的,没有晶界。相对的,多晶硅片则由方形硅锭切割而成;由于存在晶界,其效率大约只有单晶电池的一半。
从制造角度来看,单晶硅电池的成本最高,而多晶硅的制造成本要低得多。随着技术的进步,市场明显呈现出向多晶产品发展的趋势。SunPower是世界上最大的硅太阳能电池生产商,最近更凭借其单晶硅技术创下了高达24.2%的电池效率纪录。
薄膜 薄膜光伏正在迅速占领市场,并有望于2013年在太阳能电池板市场上抢占30%的份额。薄膜电池的生产成本明显低于晶类产品,因为喷镀工艺使用的原材料只是硅晶片的极小一部分;原材料无需生成或铸造;未使用的部分无需切割,也不会造成浪费。
此外,与晶硅电池相比,薄膜电池能够在高温下实现更高的效率。温度每上升1摄氏度,晶类电池的效率就降低0.5%,而薄膜电池降幅则较小,具体幅度取决于材料的类型。这使薄膜解决方案特别适用于气候温暖、阳光充足的地区。
非晶体无定形硅(非晶矽)是第一种广泛用于薄膜太阳能电池板的材料,全世界正在生产或宣布即将生产的电池板容量将近6000兆瓦。目前,非晶矽电池的效率为6%-9%,2009年,Oerlikon公司声称,采用半多结(semi-multijunction)技术可使测试电池板的效率达到11%。然而,市场因素限制了非晶矽电池的发展,主要原因是多晶硅价格持续下滑,使其面临硅晶技术带来的竞争压力。
高吸收率碲化镉(CdTe)是一种沿用已久的晶体薄膜材料,适合低成本制造技术。它通常与硫化镉(CdS)结合,形成异质界面,以提高效率。美国First Solar公司是领先的碲化镉太阳能电池板开发商和制造商,该公司2009年的电池板产量为1011兆瓦,且通过提高产量、降低材料成本等将每瓦制造成本降低到0.76美元。
不过,碲化镉薄膜的电阻很高,虽然目前其制造成本不断得到优化,但可能还是无法解决硒化/硫化铜铟镓涂层电阻较低所带来的难题。
新兴的硒化/硫化铜铟镓(CIGS)正成为薄膜材料的首选,且很可能成为太阳能光伏市场的主宰。目前,CIGS的实验室测试效率已接近20%,如果量产电池板也能达到这种水平,则意味着CIGS薄膜电池板可直接与单晶硅太阳能电池一争高下。然而,截至目前,量产电池板的效率仍未能接近实验室环境中测得的效率。
值得一提的是,CIGS太阳能电池采用了硬盘介质和高速柔性电路印刷行业的制造技术,这也正是其不断取得成功的一个重要因素。这些技术使用相连的箔片和片材作为基片,正朝着在廉价基片上镀晶体薄膜的技术方向不断发展。
多结聚光太阳能电池 多结聚光太阳能电池是高效聚光光伏(CPV)太阳能源解决方案的核心。CPV装置由聚光阵列组成,这些聚光阵列能将太阳光聚焦到电池上,聚光强度最高可为太阳光照的1500倍,转换效率可达40%以上。预计到2020年,其效率有望提升至50%。 这类多结电池在高温下不会损失效率,对于日照强烈的地区,如沙漠或其他气候干燥地区,CPV太阳能是最具吸引力的能源解决方案。
不过,CPV的总成本还是相对较高,在太阳能市场上所占份额不到1%。然而,在适当的气候区,该技术则大大优于其他各类技术,未来10年很可能在沙漠和阳光充足的地区成为最主要的太阳能解决方案。
未来发展潜力大
通过上述介绍不难发现,各种光伏技术各有优缺点,而业界也一直在孜孜追求着低成本、高收益的太阳能发电技术,简言之就是将晶体电池的高效率与薄膜电池的低成本优势相结合。
为提高光电转换效率,一些高效III-V族晶体——如砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、磷化铟镓(InGaP)和氮化铟镓(InGaNi)结构目前正用于制造多结聚光太阳能电池。一些新的技术,如采用带锗涂层的金属、塑料薄膜或玻璃等非晶体基片也正受到业界的广泛关注。
这些描绘了一幅美好蓝图。未来10年,我们或将见证性价比优越的薄膜太阳能电池板,其效率有望达到30%,是目前薄膜电池板的2-3倍,且能应用于各种气候环境。通过实现最高量产率,此类电池板将进一步降低成本,为其全球范围的推广与应用奠定基础。
信息来源:辽宁科技信息网 编辑:安泰科 苟丽丽