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太阳能利用薄膜技术提升亮相

来源:天津七八点太阳科技有限公司    发布时间:2019-03-11 00:34:53    点击:

  根据劳伦斯伯克利国家实验室主任,物理学家史蒂文·楚(Steven Chu)的说法,太阳能在一小时内以足够的能量轰击地球 - 一个小时4.3 x 10 20焦耳 - 以满足人类一年的所有能量需求(4.1 x 10 20焦耳)。问题是如何最有效地利用它。薄膜太阳能电池可能就是答案:最近将19.9%的阳光转化为电能,超过了大规模生产的传统硅光伏电池转化为电能的数量,并提供了释放这种可再生能源的潜力。 2004年,随着需求的增长,高品质硅(可以通过阳光发电)的价格大幅上涨,今年高达每公斤500美元(2.2磅)。进入薄膜太阳能电池 - 使用精细半导体材料层(如硅,铜铟镓硒或碲化镉)的设备,以太少的成本从太阳光中获取电力。

  


  “薄膜的基本优势在于您需要的材料数量,”电气工程师Jeff Britt说,他是薄膜制造商Global Solar Energy的首席技术官在亚利桑那州的图森市,“这些都是直接的带隙半导体。你可以用一到两微米的距离来吸收98%的阳光。” (换句话说,与传统的硅光伏电池相比,吸收相同数量的阳光至少需要100倍的薄膜材料。)

  


  Global Solar采用一种名为铜铟镓硒(CIGS)的技术制造薄膜太阳能电池。该公司已经为美国军方和户外运动爱好者提供便携式现场充电器,主要用于通信和其他由这些电池供电的小型电子设备。3月,该公司在图森开设了一家新工厂,计划生产足够的薄膜CIGS太阳能电池,明年产生40兆瓦的电力,足以为大约15,000个美国家庭提供电力; 它希望到2010年将果汁提高到100兆瓦,以应对它预计将成为一个不断增长的市场。“我们专注于低成本的地面发电,”布里特说。“它适用于大规模的地面阵列。” 换句话说,太阳能农场的类型以前由亚利桑那州和加利福尼亚州等地的阳光发电的传统硅光伏发电占主导地位。

  


  Global Solar并不孤单。包括HelioVolt,Nanosolar和其他公司在内的许多公司正在使用CIGS技术来降低生产光伏电池的成本。但还有其他挑战。“第一个障碍是成本,” 德克萨斯州奥斯汀的HelioVolt首席执行官BJ Stanbery表示,该公司正在开设其首家CIGS太阳能电池工厂。“第二个是效率[阳光可以转换成多少功率],第三个是可靠性,[这意味着设备的寿命。” 美国能源部(DoE)的研究人员国家可再生能源实验室已成功生产CIGS电池,可将近20%的阳光转化为电能。但制造商指出,大规模生产会降低其效率,因为化学工艺在工业装配线上并不那么容易控制。

  


  “Benchtop是一个很好的衡量标准,因为它告诉你技术的潜力。然而,它并没有告诉你人们实际制造或制造的东西,” 太阳能产品开发高级总监Paul Wormser说。解决方案集团电子制造商夏普电子公司总部位于日本大阪。“当你投入生产时,你将获得在完美条件下在实验室中展示的效率的一半左右。尖锐地将非晶硅(随机排列的硅的精细层)与晶体硅层(其原子处于更结构化的晶格)配对以制造其薄膜电池。它计划增加其位于日本Katsuragi的工厂的生产能力,以生产足够的电池,到10月份生产160兆瓦的电力,并通过在Sakai建造另一家工厂,使其年产量达到足够的电池,到2010年生产1000兆瓦。 , 日本。 他否认有关薄膜太阳能电池将最终扼杀传统晶体硅光伏电池业务的猜测,并指出它们旨在补充而不是取代旧的备用电池。“有关结晶消亡的谣言被高度夸大,”Wormser说。“我们认为薄膜与晶体和聚光器具有高度互补性。” 但是,Wormser表示,薄膜电池有可能比旧技术产生更多的功率,因为它们可以更好地抵抗太阳的热量,并在温度达到峰值时产生更多的功率。

  


  然而,耐用性可能是一个问题。因此,用于大型阵列的薄膜电池使用较低等级的硅(读取:玻璃)来保护精细的光伏层。例如,亚利桑那州坦佩。该公司在其薄膜太阳能电池中采用了碲化镉,销售的模块采用玻璃封装,适用于大型阵列或屋顶。公司总裁布鲁斯·索恩说:“太阳能业务的优雅之处在于,您可以构建一种产品,并且只能在那里发电20至25年。” 除了以每片1.25美元的价格提供太阳能电池组件(相比传统光伏电池每个模块至少翻两倍),First Solar还在其活跃期结束时制定了回收它们的流程。

  


  “玻璃可以回到玻璃工业。金属可以再次化,并以碲化镉化合物的形式返还给我们。甚至电线也可以重复使用,”Sohn说。“在永久,环保的生命周期中,我们真的可以回收超过产品重量的90%。” 事实上,碲化镉太阳能电池目前是最环保的设备,即使它们使用有毒重金属,主要是因为它们需要的能量最少 - 通常是通过燃烧化石燃料来制造 - 环境工程师Vasilis Fthenakis说道,他是资深科学家。布鲁克海文国家实验室位于纽约州厄普顿和哥伦比亚大学的国家光伏环境研究中心。 然而,据DoE统计数据显示,与非晶硅电池(如夏普和ECD Ovonics生产的那些电池)相比,碲化镉仅占薄膜市场的30%左右,其占60%以上; CIGS电池仅占该市场的1%左右。 但Heliovolt的Stanberry表示,CIGS在任何薄膜技术以及传统光伏电池方面的效率最高(将阳光转化为电力的25%)。伍尔特太阳能在德国拥有大规模生产这样的细胞,它可以把太阳光转化为高达13%,据劳伦斯Kazmerski,美国能源部主任为国家光伏中心在黄金,科罗拉多州。所有薄膜技术也具有无处不在的潜力。也就是说,夏普的Wormser说,“你有机会用薄膜制作人们所说的半透明光伏模块来代替建筑物上的窗户。它可以让你透过窗户看到,但从外面看看起来像有色玻璃。“

  


  薄膜太阳能电池可用于更灵活的应用,例如所谓的太阳能屋顶板,兼作发电机的屋顶材料。“它将用于保留元素的目的,但它也会为你创造力量,”Global Solar的Britt说。 在太阳不发光的那些时候,可能需要 替代形式的发电 - 或某种有效的能量存储,例如更好的电池。但薄膜太阳能电池有望以有效和可持续的方式利用太阳能 - 并且取代化石太阳能燃烧能源,从而导致气候变化,从而导致二氧化碳进入大气层。“将这种最高效率,最低成本和最可靠的薄膜技术直接结合到建筑材料中将是太阳能发电革命的开始,”HelioVolt的Stanbery说。“我担心我不会活着看到太阳能成为我们能源组合中经济实质性部分的那一天,但我认为我们最终还是要走上这样的道路。最好的还未到来。”




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