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HCPVT高聚光太阳能光伏发电及光热系统技术.doc

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HCPVT高聚光太阳能光伏发电及光热系统技术.doc
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1HCPVT 高聚光太阳能光伏发电及光热系统技术预可研报告背景资料:随着全球化石能源的日渐枯竭和人类环保意识的逐步增强,以光伏为核心的太阳能发电事业近年来有了快速发展。但光伏电力比传统火电价格高达 4-6 倍以上,完全市场化运营特别是为普通老百姓所接受还有一定困难。根据最近刚刚结束的京都议定书修改,未来高耗能产品输出将受到严格限制。生产过程须高耗能的单、多晶硅太阳能电池将面临严苛挑战。而具环保低耗能且发电转换效率更高的砷化鎵太阳能电池,估计将逐渐取代晶硅太阳能电池市场。目前市场上量产的单晶与多晶硅的太阳电池平均效率约在 15%上下,为了提炼晶硅原料,需要花费极高的能源,所以严格地说,现今的晶硅太阳电池,也是某种型式的浪费能源。而砷化鎵太阳能电池,由于原料取得不需使用太多能源,而且光电转换效率高达 38%以上,比传统晶硅原料高出许多,符合修改后的京都议定书规范,估计未来将成市场主流。最近美国道康宁公司与德国瓦克公司拟在江苏省张家港地区申请大片良田建立有机硅厂。这一项目如果上马,将耗费我大量宝贵的金属硅资源,其产品市场却主要在国外。这一项目对于我资源的就地开采、加工,也将造成四川、山西等其他生产基地电力等资源的巨大消耗,同时还会大量砍伐树木、排放超标的温室气体、造成严重的生态污染。据有关专家粗略计算,仅为上述张家港地区拟建的有机硅厂提供一年 10 万吨的硅,就需要纯净木炭数万吨,折合成木材就远不止几万吨了。此外,每炼 1 吨硅仅电炉的电耗就是 1.4 万度,生产过程还将释放大量二氧化碳,存在着大量的粉尘污染,尤其对半径 10 公里以内生活的人群来说,其健康会受到影响,严重的会造成矽肺病。数年前,在我国对高耗能产业和温室气体排放问题还不太注意的时候,美国道康宁公司就投资在大连建立硅块的采购、分拣和加工中心,将他们生产的有机硅和单晶硅所需要的硅产业逐渐转移到中国。 今年 2 月《京都议定书》已正式生效。从长远看,我国减排二氧化碳的压力是巨大的,应及早防止高耗能、高排放、高污染型企业的引进,以及高耗能低产值产品的出口。为此,专家建议,国家应采取措施遏制跨国公司向我转移高耗能产业的趋势。为了解决这一问题,人们不得不把眼光盯向薄膜电池,使近年薄膜电池异军突起,引起投资者的极大兴趣。但薄膜电池光电转换效率相对较低,特别是砷化镓薄膜电池价格昂贵,目前仅在空间领域应用,给光伏产业的大规模发展带来一定制约。而采用砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统即所谓 HCPV 系统,却能实现光热与光伏的综合利用,并充分降低生产成本、提高转换效率,为光伏产业更大发展开辟新的市场空间。一、砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统的基本构想在光伏发电产业中,单晶硅和多晶硅等硅基光伏电池几乎占到全部产量的94%以上。由于近年太阳能级硅材料供不应求,且持续大幅度涨价,在一定程度上制约了硅基光伏电池的发展。因此,如何提高光伏电池的转换效率和降低光伏电池的生产成本,成为目前光伏产业必须研究和解决的核心问题。人们一方面在研究和扩大太阳能级硅材料的生产,另一方面又在研究和推广不用或少用硅材料来生产新的光伏电池。在这样一种背景下,非晶硅、硫化镉、碲化镉及2铜铟硒等薄膜电池应运而生,乘势发展。上述光伏电池中,非晶硅电池效率低下,且稳定性有待提高。尽管硫化镉、碲化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池效率高,成本较晶体硅电池低,且易于大规模生产,但是镉有剧毒,会对环境造成严重污染,硒和铟是储量很少的稀有元素,因此大规模发展必将受到材料制约。而砷化镓化合物材料具有十分理想的禁带宽度以及较高的光吸收效率,适合于制造高效电池。此外,还可以通过叠层技术做成多结砷化镓基电池,以进一步提高转换效率。但是,由于砷化镓基材料价格昂贵, 砷化镓薄膜电池目前只在航天等特殊领域应用,离地面应用的商业化运行还有很大距离。为了降低光伏电池的发电成本,可采取的有效途径之一就是研发和应用砷化镓薄膜电池聚光发电系统。在获得同样输出功率情况下,可以大大减少所需的砷化钾薄膜电池面积。相当于用比较便宜的普通金属、玻璃材料做成聚光器和支撑系统,来代替部分昂贵的砷化镓薄膜电池。在这种聚光系统中,如果聚光率超过 10 倍以上,则系统只能利用直射阳光,因而必须采用跟踪系统相互配合,才能充分发挥效能。在固定温度下,光伏电池效率随聚光率变化的一般趋势是,在低聚光率时,电池效率随聚光率的增加而增加,在高聚光率时,则随聚光率的增加而降低。光伏电池在高聚光大电流下,其工作温度的升高将导致效率的下降,因此,聚光跟踪系统还需要配备有效的散热设备。考虑到系统的整体经济性,可以通过主动制冷方式,在对光伏电池快速散热的同时,充分利用热能生产热水,最终实现实现太阳能光热和光伏的综合利用,以充分发挥整体效能。二、砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统的组成部件㈠ 电池片1. 砷化镓
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