使用晶硅電池和薄膜電池進行光電轉換,分別是第一、第二代太陽能利用技術,均已得到了廣泛應用。利用光學組件將太陽光匯聚后,再進行利用發電的聚光太陽能技術,被認為是太陽能發電未來發展趨勢的第三代技術。
聚光型太陽能(Concentrator Photovoltaic, CPV)是指將匯聚后的太陽光通過高轉化效率的太陽能電池直接轉換為電能的技術,CPV是聚光太陽能發電技術中最典型的代表。與晶硅和薄膜型平板式太陽能發電系統相比,CPV因其高轉換效率和小得多的半導體材料用量,是最具有發展成為大型支撐電源潛力的太陽能發電方式。通過簡單復制的規模化部署,單一CPV電廠可以輕易達到MW級規模,未來這一數字甚至有望達到100MW。
聚光型太陽能優勢
CPV技術優勢明顯。首先是具有極高的規模化潛力,因其光電轉化效率高等特點,是在可預見的未來時間里能用于建造大型支撐電源的最理想的太陽能發電技術。
其次,成本下降空間巨大。CPV技術極大地減少了光電材料的使用量,而光電材料是太陽能電池中成本最高的部分。與晶硅和薄膜太陽能發電技術相比,CPV目前3-4美元/Wp的建設成本并無優勢,但作為一項新興技術,隨著生產規模的擴大、電池效率的提高、聚光模塊的改進等,成本有巨大的下降空間。
第三,占地面積小。在同等發電量的情況下,CPV電廠的土地占用面積比平板式太陽能要小得多。CPV系統由支柱承載其主要結構體,占地面積極小,且由于系統在地面產生的陰影面積是移動的,所以對電廠所在地的生態影響也較小,面板下方的土地仍然可以用于畜牧等用途。
第四,耗水量極低。通常具有高太陽輻射的地區都比較缺水,CPV系統的整個發電過程中完全不需要水,僅需少量水用于清潔太陽能組件的玻璃外殼。與聚光光熱(CST)、核電、IGCC等清潔發電技術相比,CPV有著明顯的節水優勢。
另外, CPV技術還有另一個特別吸引人的地方:該技術所使用的97%的材料(大部分為玻璃和鋁)都可循環利用。由于成本降低,使用CPV技術的發電廠能夠在6個月之內收回成本。
更為奇妙的是,CPV技術允許接收太陽能的玻璃陣列不規則排列,從而可以最大程度地開發可利用土地,將太陽能利用最大化。而且因為該系統能夠在白天跟蹤太陽移動軌跡,人們甚至可以在玻璃陣列下面種植莊稼。
與傳統光伏產業的共存
盡管成本低廉,但CPV并不對傳統的太陽能光伏產業構成威脅,因為CPV與傳統PV所適用的領域不一樣。前者更適合大規模設施,宜于建成發電廠;而后者更適合分散的小規模應用,如應用于房頂之上。但這項技術卻對大型聚熱太陽能發電廠構成了實實在在的威脅。
目前,全球大概有十幾家起步公司也正躊躇滿志地加入CPV的競爭行列。SolFocus只是眾多致力于CPV技術研究的公司中的一個。該公司使用的聚光光伏發電模型的基本單位是一個由兩面鏡子組成的系統。系統內,陽光通過感光桿被引至面積僅為1平方厘米的光電池。一塊太陽能面板由許多這樣的單位組成,而太陽能面板置于跟蹤裝置上,可以隨著太陽位置的變化東升西落。這樣一來便極大地提高了太陽能的利用與轉化率。
不過,CPV技術和規模化進度依然存在不確定性。作為一項正在由實驗室走向工程化的新技術,CPV的技術路線尚未定型,產業鏈也未形成。另外,CPV的技術特性要求其安裝地的全年太陽輻射強度達到1800kWh以上,全球滿足這一條件的地區主要包括:美國西南部、歐洲南部、非洲北部南部、中東地區以及澳大利亞,我國西北部也有一些地區具有建設CPV系統的較好自然條件。