發(fā)電成本過(guò)高一直是推廣光伏發(fā)電最大的障礙，人們?cè)噲D從原材料、生產(chǎn)工藝乃至運(yùn)營(yíng)規(guī)模等多方面入手解決成本問(wèn)題。研究人員發(fā)現(xiàn)，除了上述因素之外，其實(shí)還可以通過(guò)減少太陽(yáng)能電池片的需求量來(lái)降低電池成本在光伏系統(tǒng)總成本中所占比重，在這條思路的引導(dǎo)下，聚光光伏技術(shù)開(kāi)始浮出水面。

　　聚光技術(shù)助成本降低

　　·多結(jié)I-V族化合物電池是主流

　　·聚光技術(shù)使半導(dǎo)體材料需求量大幅下降

　　所謂聚光光伏(CPV)技術(shù)，簡(jiǎn)單地講，就是通過(guò)透鏡將接收到的太陽(yáng)能放大成百上千倍，然后將放大的能量聚焦于效率高、面積小的光伏電池上，其基本原理就跟用放大鏡點(diǎn)著火柴的原理一樣。但是，由于聚光之后將在電池表面積聚很多熱量，對(duì)于聚光電池尤其是高倍聚光電池而言，散熱效果較差的傳統(tǒng)晶體硅太陽(yáng)能電池并不適用。

　　“聚光光伏技術(shù)采用多結(jié)的III-V族化合物電池。”天津藍(lán)天太陽(yáng)科技有限公司總經(jīng)理孫彥錚在接受記者采訪(fǎng)時(shí)表示，“與晶硅和薄膜電池技術(shù)相比，多結(jié)電池具有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，多結(jié)電池具有寬光譜吸收的特點(diǎn)，從而大大提高轉(zhuǎn)換效率；其次，多結(jié)電池溫度系數(shù)小，適合在高溫下工作，因而可以采用高倍聚光技術(shù)，減小電池面積；此外，以相對(duì)廉價(jià)的聚光器件替代昂貴的半導(dǎo)體材料，在大規(guī)模應(yīng)用于發(fā)電時(shí)可有效降低成本、降低生產(chǎn)能耗。”記者了解到，晶體硅太陽(yáng)能電池的理論轉(zhuǎn)換效率大概為26%，多結(jié)的III-V 族電池理論轉(zhuǎn)換率可超過(guò)60%，充分體現(xiàn)了其寬光譜吸收器件的優(yōu)勢(shì)。

　　“對(duì)多結(jié)電池而言，在聚光之后其轉(zhuǎn)換效率可以從30%增加到38%以上。”三安光電股份有限公司太陽(yáng)能事業(yè)部技術(shù)總監(jiān)俞容文告訴記者，“聚光倍數(shù)的增加也將使太陽(yáng)能電池芯片的材料得到節(jié)省，從而使成本得到降低。如果多結(jié)電池聚光倍數(shù)為1000倍，則所需的芯片面積僅為受光面積的1/1000。經(jīng)測(cè)算，1兆瓦的多結(jié)聚光太陽(yáng)能電站，其所用的多結(jié)半導(dǎo)體材料僅為67克。”

　　將與傳統(tǒng)光伏技術(shù)共存

　　·全球聚光光伏市場(chǎng)具有高速增長(zhǎng)潛力

　　·中國(guó)聚光光伏應(yīng)用已開(kāi)始起步

　　盡管聚光光伏技術(shù)的研發(fā)歷史已經(jīng)有30多年，但聚光光伏電站的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)目前在全球范圍內(nèi)仍處于起步階段；在我國(guó)，已有多家企業(yè)開(kāi)始嘗試在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。記者了解到，四川漢龍集團(tuán)旗下的成都鐘順科技公司已在重慶和西昌建設(shè)了聚光光伏電站；由廈門(mén)三安光電在青海格爾木獨(dú)立設(shè)計(jì)、安裝的規(guī)模為1兆瓦的示范電站，目前整體設(shè)備安裝也已經(jīng)結(jié)束。

　　在電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面，我國(guó)航天系統(tǒng)、電子科技系統(tǒng)的多個(gè)研究所也在致力于聚光太陽(yáng)能電池芯片的研發(fā)和生產(chǎn)。誘人的產(chǎn)業(yè)前景也促使地方政府加大了對(duì)企業(yè)的扶持，今年6月，四川省成都雙流縣人民政府與四川漢龍集團(tuán)、鐘順太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)有限公司簽約，將建設(shè)全球首個(gè)太陽(yáng)能聚光光伏產(chǎn)業(yè)園，該項(xiàng)目計(jì)劃在兩年內(nèi)建成200萬(wàn)千瓦的生產(chǎn)規(guī)模。

　　聚光光伏市場(chǎng)具有高速增長(zhǎng)潛力。據(jù)孫彥錚介紹，目前全球的聚光光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量不到200MW，預(yù)計(jì)今后幾年內(nèi)，隨著技術(shù)優(yōu)勢(shì)和成本優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)，市場(chǎng)規(guī)模將有爆發(fā)式的增長(zhǎng)。“未來(lái)10年，全球聚光光伏年均增速預(yù)計(jì)在40%以上，到2020年行業(yè)總產(chǎn)值可達(dá)500億元左右。我國(guó)目前僅有少量示范電站，隨著光伏裝機(jī)容量的提升，聚光光伏的市場(chǎng)也將逐漸打開(kāi)。”孫彥錚說(shuō)。

　　不過(guò)，從長(zhǎng)期來(lái)看，聚光光伏系統(tǒng)不會(huì)也不可能完全取代晶體硅和薄膜電池的市場(chǎng)。孫彥錚表示，聚光光伏系統(tǒng)適合于大規(guī)模的光伏電站，而晶體硅和薄膜電池除了適合于大型光伏電站外，還適用于較小型的家用、商用和建筑一體化等發(fā)電系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)工程需突破難關(guān)

　　·太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)精確度要求更高

　　·環(huán)境影響不容忽視

　　不過(guò)，聚光光伏系統(tǒng)技術(shù)門(mén)檻較高，其太陽(yáng)能電池生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜、系統(tǒng)集成技術(shù)復(fù)雜，其核心技術(shù)三結(jié)砷化鎵電池外延技術(shù)只有少數(shù)的幾個(gè)廠(chǎng)家掌握，因此真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還有很長(zhǎng)的路要走。

　　在成本方面，聚光光伏的太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)、維護(hù)保障系統(tǒng)等方面的成本也不容忽視。上海太陽(yáng)能工程技術(shù)研究中心主任李紅波在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪(fǎng)時(shí)表示，盡管普通的晶體硅光伏系統(tǒng)也需要跟蹤系統(tǒng)，但高倍聚光光伏的太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)對(duì)精確度的要求非常高，一方面是為了保證太陽(yáng)能能準(zhǔn)確地聚焦到太陽(yáng)能電池芯片，另一方面也是避免對(duì)芯片周邊的組件材料造成損害；而太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)精確度的提升也會(huì)使得成本大幅增加。另外，周邊環(huán)境對(duì)聚光光伏系統(tǒng)的影響也很大，例如，在刮風(fēng)的時(shí)候，小幅的傾斜對(duì)晶體硅電池幾乎沒(méi)有影響，但很可能會(huì)對(duì)聚光光伏系統(tǒng)的聚光效果產(chǎn)生致命的影響。

　　據(jù)李紅波介紹，上海太陽(yáng)能工程技術(shù)研究中心已經(jīng)完成了一個(gè)1千瓦的聚光光伏示范工程，該項(xiàng)目已經(jīng)運(yùn)行兩年，目前正在建設(shè)一個(gè)50千瓦的示范工程。“應(yīng)該說(shuō)，在示范工程運(yùn)行過(guò)程中，我們已經(jīng)解決了很多難題，但又陸續(xù)出現(xiàn)了很多新的問(wèn)題，需要我們?nèi)ソ鉀Q。”李紅波表示。

　　企業(yè)觀點(diǎn)

　　天津藍(lán)天太陽(yáng)科技有限公司總經(jīng)理孫彥錚

　　聚光光伏最具成本優(yōu)勢(shì)

　　聚光光伏發(fā)電技術(shù)正逐漸成為太陽(yáng)能領(lǐng)域的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的光伏發(fā)電技術(shù)主要有晶硅電池技術(shù)和薄膜電池技術(shù)。聚光光伏產(chǎn)業(yè)是一個(gè)新興的發(fā)電產(chǎn)業(yè)。

　　聚光光伏系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程更加節(jié)能環(huán)保。與傳統(tǒng)的晶硅電池制造過(guò)程相比，它具有低污染、低耗能的特點(diǎn)。系統(tǒng)的聚光倍數(shù)越大，所需的光伏電池面積越小，對(duì)于500倍的聚光光伏系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，10mm×10mm面積的電池可以發(fā)的電能相當(dāng)于230mm×230mm面積的電池發(fā)出的電能。在節(jié)省半導(dǎo)體材料用量的同時(shí)，降低了太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)成本和能耗，使得聚光光伏系統(tǒng)具有更短的能源回收期。

　　聚光光伏發(fā)電更具成本下降空間。隨著聚光光伏技術(shù)的更加成熟以及生產(chǎn)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)其綜合成本即可低于晶硅和薄膜電池。如果對(duì)光伏發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)環(huán)節(jié)征收碳排放稅，聚光光伏系統(tǒng)的投資回收期僅會(huì)延長(zhǎng)1～2個(gè)月，而晶硅和薄膜電池均會(huì)延長(zhǎng)1年以上，屆時(shí)聚光光伏系統(tǒng)的相對(duì)成本優(yōu)勢(shì)將更加明顯。

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　　全球有數(shù)十家公司涉足聚光光伏系統(tǒng)，多數(shù)集中于美國(guó)，其中以Emcore和SolFocus為代表。SolFocus為西班牙和希臘兩大10MV級(jí)聚光光伏電站系統(tǒng)供應(yīng)商；2008年Emcore的聚光光伏系統(tǒng)的銷(xiāo)售收入超過(guò)5000萬(wàn)美元。國(guó)內(nèi)方面，鐘順科技在重慶和西昌已經(jīng)實(shí)現(xiàn)CPV并網(wǎng)電站的建設(shè)，其中西昌聚光光伏電站為國(guó)家863計(jì)劃組成部分。萬(wàn)家樂(lè)、三安光電、新華光、水晶光電、利達(dá)光電、藍(lán)天太陽(yáng)、陽(yáng)遠(yuǎn)新能源等也都致力于聚光光伏產(chǎn)品的制造。

　　聚光光伏系統(tǒng)畢竟是剛剛步入光伏領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的晶硅及薄膜光伏系統(tǒng)來(lái)比，是一個(gè)剛剛出生的嬰兒。在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，晶硅與薄膜電池技術(shù)仍將是光伏市場(chǎng)的主體。但是聚光光伏系統(tǒng)將逐漸增大其在光伏領(lǐng)域的市場(chǎng)占有率，并將長(zhǎng)期與晶硅、薄膜電池共存。

　　三安光電股份有限公司太陽(yáng)能事業(yè)部技術(shù)總監(jiān)俞容文

　　高效率是聚光光伏最大亮點(diǎn)

　　人類(lèi)對(duì)聚光太陽(yáng)能電池的研究歷史并不短，美國(guó)的科研人員在1967年就提出了這個(gè)概念，但是真正開(kāi)始建設(shè)示范電站也只是最近3～5年的事。Ⅲ-Ⅴ族太陽(yáng)能電池成本的降低、多結(jié)電池研制的成功加速了聚光光伏商業(yè)化的進(jìn)程。不過(guò)，聚光光伏系統(tǒng)的可靠性驗(yàn)證需要進(jìn)一步加強(qiáng)，另外，聚光鏡和跟蹤系統(tǒng)也是聚光光伏商業(yè)化過(guò)程中的難點(diǎn)。

　　聚光光伏最大的亮點(diǎn)是效率高，在目前商業(yè)化的光伏技術(shù)中，聚光光伏的效率是最高的。在光伏行業(yè)中，效率是決定成本的重要因素，因此效率的提高對(duì)光伏發(fā)電成本的降低是有很大幫助的。

　　從嚴(yán)格意義上講，目前主要有三種材料可以用于制造聚光太陽(yáng)能電池，包括硅基電池、砷化鎵電池和多結(jié)電池。對(duì)硅太陽(yáng)能電池而言，由于硅是間接半導(dǎo)體材料，其熱性能比較差，目前其聚光倍數(shù)最高只能做到100倍，在聚光條件下效率僅提高約1%；此外，用于聚光光伏的晶體硅材料其品質(zhì)必須達(dá)到半導(dǎo)體級(jí)，其材料成本也高于普通光伏級(jí)硅材料。砷化鎵材料在光子躍遷過(guò)程中并不伴隨著發(fā)熱，因此其熱性能優(yōu)于硅材料，但其聚光倍數(shù)也只能做到100倍～200倍。目前三安光電使用鍺、砷化鎵、鎵銦磷等3種不同的半導(dǎo)體材料形成三個(gè)p-n結(jié)，制作了多結(jié)太陽(yáng)能電池，由于每一種半導(dǎo)體材料具有不同的禁帶寬度，分別對(duì)應(yīng)不同的太陽(yáng)光譜，可以對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行從藍(lán)光、可見(jiàn)光到紅外光的全譜線(xiàn)吸收。這種多結(jié)太陽(yáng)能電池的聚光倍數(shù)可以達(dá)到1000倍～2000倍，在聚光之后，其轉(zhuǎn)換效率可以在30%的基礎(chǔ)上再增加8%～10%。

　　多結(jié)太陽(yáng)能電池Ⅲ-Ⅴ族材料的生長(zhǎng)技術(shù)與LED外延技術(shù)實(shí)際上是同源的技術(shù)，基本上使用同樣的設(shè)備、同樣的工藝，LED生產(chǎn)工藝完全可以移植到多結(jié)聚光太陽(yáng)能電池，所以三安光電在LED領(lǐng)域的技術(shù)積累為多結(jié)太陽(yáng)能電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　上海太陽(yáng)能工程技術(shù)研究中心主任李紅波

　　聚光光伏仍需考慮規(guī)模效應(yīng)

　　聚光光伏電池通常使用砷化鎵等Ⅲ-Ⅴ族材料，而不宜以硅為襯底，因?yàn)榻?jīng)過(guò)聚光之后太陽(yáng)能電池溫度會(huì)迅速升高，隨著溫度的升高硅太陽(yáng)能電池的效率會(huì)下降；如果要有效地降低電池的溫度，就必須加快散熱，這又會(huì)使得成本大幅上升。

　　盡管用砷化鎵材料制造太陽(yáng)能電池已有多年的歷史，但聚光光伏所需的砷化鎵電池與普通砷化鎵電池也有所不同，因?yàn)榫酃庵箅娏髟龃螅瑢?duì)電池表面載流能力的要求也提高，從而對(duì)砷化鎵材料的要求也更高。

　　聚光光伏發(fā)電要得到推廣，還需要業(yè)界加大投入。由于聚光光伏的市場(chǎng)還沒(méi)有真正啟動(dòng)，因此一些配套材料的廠(chǎng)家對(duì)投入資金進(jìn)行研發(fā)的積極性并不高。要解決聚光光伏存在的問(wèn)題，必須在跟蹤系統(tǒng)、玻璃透鏡、封裝材料等各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)突破，需要從事不同領(lǐng)域的廠(chǎng)家共同努力，而不僅僅是解決太陽(yáng)能電池的問(wèn)題。在聚光光伏電站得到推廣之前，必然會(huì)經(jīng)歷示范運(yùn)行過(guò)程，在示范運(yùn)行中會(huì)暴露出很多問(wèn)題，只要有廠(chǎng)家愿意投入力量去解決，那么聚光光伏很快就會(huì)得到推廣。

　　即便對(duì)高倍聚光光伏系統(tǒng)而言，也需要達(dá)到一定的規(guī)模才會(huì)有效益，我認(rèn)為可行的規(guī)模至少應(yīng)該在100兆瓦以上，如果是幾兆瓦的裝機(jī)容量很難得到效益。比如，對(duì)于一座100兆瓦的聚光光伏電站，如果其中1兆瓦的設(shè)備需要維修，不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成太大的影響；但如果電站的規(guī)模只有1兆瓦，經(jīng)常處于維修狀態(tài)的話(huà)，成本就會(huì)大幅上升。

　　對(duì)高倍聚光太陽(yáng)能來(lái)說(shuō)，一些系統(tǒng)的技術(shù)問(wèn)題還沒(méi)有解決，國(guó)外也處于示范狀態(tài)。在計(jì)算投資回收期的時(shí)候，還應(yīng)該考慮系統(tǒng)維修的成本以及維修期間發(fā)電的損失。

　　聚光太陽(yáng)能電池的壽命也是需要考慮的問(wèn)題，通常對(duì)太陽(yáng)能電池的壽命要求為25年。對(duì)同樣一塊電池而言，其輻射的光子總量是一定的，在聚光之后加快了光電轉(zhuǎn)換的速度，那么這樣的電池還能否維持25年的壽命，是有必要進(jìn)一步研究的。