聚光技术商业应用开始起步

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聚光技术(CPV)是使用透镜或反射镜面等光学元件,将大面积的阳光汇聚到一个小面积的太阳能电池片上进行发电的太阳能发电技术。实际上,晶硅电池也可以在低倍聚光条件下发电,但我们平时所说的聚光技术主要指在高倍聚光下,利用耐高温的Ⅲ-V族元素化合电池发电。其中,三结砷化镓电池是目前主流的聚光电池。

 

应用情况

 

三结砷化镓电池是利用金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)在砷化镓衬底上生长三个P-N结。三结砷化镓太阳能电池对技术、制作工艺等要求非常高,是单结砷化镓电池的升级产品。

 

砷化镓太阳能电池转换效率约为晶硅电池的两倍,抗辐射性能比晶硅电池高1至2个数量级,并且在高温下性能衰减较少。上述优势使砷化镓电池自诞生以来就主要作为空间飞行器用光伏电池。在小卫星空间电源系统中,砷化镓电池的使用比例达到80%,其空间累计运用规模达到约1MW。

 

然而,空间的运用规模必定有限。随着聚光模组技术的不断成熟,发电成本的下降,聚光技术可能在地面应用上获得更广阔的发展空间。2003年,澳大利亚建成首个KW级的聚光试验电站。2008年,西班牙建成3MW的聚光发电系统。在中国,多个25KW至250KW的聚光发电系统相继建成。2010年9 月,三安光电建设的格尔木1MW聚光电站成功并网,成为国内最大的CPV电站。

 

目前,聚光系统的地面累计装机容量仍小于8MW,在全球光伏累计装机容量中占比约0.02%。聚光技术拥有广阔的发展空间,即使未来五年仅占5%的市场份额,其发展速度也会非常巨大。

 

相对优势

 

相对晶硅电池,三结砷化镓电池具有转换效率高,占地面积小,能耗少等优势。首先,砷化镓电池能够对绝大部分太阳光光谱波段反应,其理论光电转换效率达到70%~80%,实验室最高转换效率达到41.6%,而商业运用的转换效率也达28%~29%。其转换效率还在以每年1%~1.5%的速度稳步增长。但晶硅电池的实验室最高转换效率约22%,这个纪录是上世纪90年代创造的,以后十多年都没有提高。这意味着相对聚光技术,晶硅技术在未来长期发展中利用提高转换效率的方式来降低成本的空间有限。

 

其次,三结砷化镓电池的高转换效率使其单位面积内的发电量大,系统的占地面积小,在土地资源紧缺的国家更具应用优势。此外,晶硅技术产业链上游的多晶硅提纯是高能耗生产环节,致使晶硅电池在发电后24个月才能回收能耗。而聚光技术可以在发电后8-10个月内回收能耗,更具环保和节能减排效果。

 

发展障碍

 

聚光技术因前期商业应用规模小,其电池的每瓦生产成本和度电的发电成本高于晶硅技术。随着国内外MW级示范电池的建成,规模效应使聚光发电的经济性大大提高。目前,聚光系统的每瓦装机成本约24~26元,仅较晶硅系统高2~4元。三安光电的格尔木1MW示范电站的发电成本已经达到1.1元/度,与晶硅技术的发电成本不相上下。成本已不再是制约聚光技术发展的主要因素。

 

但除三结砷化镓电池以外,聚光发电系统还需要跟踪器、聚光器和冷却装置。聚光系统对阳光直射的要求很高,需要跟踪器的精确对焦,跟踪器技术尚未突破是聚光技术发展的主要障碍。目前已有大量的企业和高校致力于跟踪器技术的改进研究,预计其技术问题可以在1至2年内得到解决。此外,市场认可度不高也是系统运营商对聚光技术望而生畏的原因。在经济效益已经初步体现的背景下,相信不久后国内就会有针对聚光技术的扶持政策出台。牵头龙头企业,提高聚光示范电站的数量和规模。

 

少量上市企业拥有先动优势

 

聚光技术是光伏行业发展的一个重要方向。CPV技术因其转化效率高、土地占用面积小,节能减排效果好,是未来大型光伏电站的理想技术。随着跟踪器等关键技术的成熟,稳定性和可靠性的逐渐提升,发电成本的持续下降,聚光市场将面临着爆发式的增长机会,光伏发电技术将走向多元化。

 

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