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盤點那些“非主流”的太陽能光伏發電效率提升之道

來源:網絡

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞: 太陽能光伏,光伏發電系統,電池轉換效率,太陽能電池技術

      世間資源如此豐富,有可再生有不可再生,太陽能發電作為一種新興的可再生能源,不可或缺。

      如今,對于太陽能發電的利用越來越廣,提高光伏發電系統的發電效率是業內一直追求的方向。目前比較常見的提高光伏系統發電效率的手段主要有提高光電轉換效率、提高光板有效接受面積和最大功率點跟蹤技術等。技術研發是一個枯燥而又持久的活,可是偶爾會有些人并沒那么“正經”,甚至不小心研究出一些“偏方”,也給太陽能光伏圈添加了一絲樂趣。

      從豆腐中找到太陽能電池“配方”

      2014年6月26日出版的《自然》雜志描述了一種制造碲化鎘太陽能電池的新配方。這種新配方使用了一種廉價、環保的鹽,而此類鹽同時也被用在豆腐制作過程中。碲化鎘電池在太陽能電池市場中處于領先地位,這種電池是當下使用的光伏發電系統中最具成本效益的一種,但是這些設備仍有改進的余地。制造這些太陽能電池要使用昂貴的含鎘鹽--氯化鎘處理碲化鎘,氯化鎘這種水溶的有毒材料對工人和環境都有風險。

    從豆腐中找到太陽能電池“配方”

      英國利物浦大學Jonanthan Major和研究團隊展示了使用廉價且沒有毒性的氯化鎂代替碲化鎘,可以制造出一樣性能的太陽能電池。氯化鎂的價格只有氯化鎘的百分之一,并且已經在生活中被廣泛應用--例如用于地面融冰,用作浴鹽和作為生產豆腐的食品添加劑。

      研究人員表示,新方法只需要把現有碲化鎘電池制造方法中的一步進行簡單替換--把氯化鎘換成氯化鎂,就有潛力把環境風險降到很低,同時在不負面影響設備性能的同時顯著降低生產氯化鎘太陽能電池的成本。

      “鮭魚味兒”  跟貓咪

      散發魚香的組件旨在吸引貓貓,因為它們的唾液有助于電池板表面保持清潔,并以最佳的效率展開運作。

      英國科學社會研究所科學家今年4月宣稱已發明一種太陽能組件,表面涂層散發著鮭魚香味。科學家們聲稱這類設計可將組件的效率提升5%。

      在實驗室的測試中,研究人員將特制散發著魚香味道的涂層覆蓋在小型屋頂上的光伏電池板上。試驗中的兩只分別叫Lirpa與Lofo的貓貓不由自主的被魚香吸引,一連好幾個小時均在舔舐電池板的表面。

    英國“鮭魚味兒”的屋頂光伏組件實驗成功

      隨后,研究人員采用木勺敲擊平底鍋嚇退貓貓。經研究發現,被貓貓舔舐過的組件表面較原先清潔約25%,直接導致效率效率提升5%。

      方向很重要:太陽能電池板東西放

      據英國《每日郵報》等媒體7月29日報道,北半球的太陽能板欲吸取最多陽光,傳統上均朝向南安裝,但英國拉夫堡大學研究發現,太陽能板要發揮最大效率,必須根據太陽的移動調整方向,而非固定朝南。研究指出,設計一種可以靈活移動的太陽能板,上午時分讓太陽能板朝向東,而中午一過就把太陽能板朝西移動,可以最大限度發揮其效率。專家強調,太陽能板根本沒必要面向南固定安裝。根據新的安裝辦法,當中午和下午電力需求量最大時,上午發的電可以源源不斷地供使用,而太陽能板下午發的電,可以供給晚上使用。

      這項研究是由拉夫堡大學的拉爾夫·格沙戈博士領導進行的,拉爾夫介紹說,之前人們一直認為,北半球太陽能板的最佳方位是朝向正南安裝,然后根據季節變化向東西調整偏移角度 ,最大不超過15度 。但最新研究發現,最佳的安裝朝向應該根據一天當中太陽位置的變換調整,而非固定朝南。之所以會產生新的理論,拉爾夫說,他們綜合計算了北半球一年四季太陽的移動規律,發現太陽能板無論朝哪一個方向固定安裝,發的電量都最少,尤其是朝南安裝,發電量比朝西安裝每年約少10% 的電量。

      拉爾夫說,他和他的同事自己制作了一種可靈活移動的太陽能板,這種太陽能板與水平方向呈一個夾角,它從日出開始工作,一直持續到日落。日出時,研究人員將太陽能板朝東放置,隨著太陽方位的變化,發電量持續上升,到正午時達到頂峰。之后他們人為將太陽能板轉向,面朝正西方擺放,這時,發電量會較面對正東時有所下降。不過到了下午13點到14之間,發電量又會出現一個新的高峰。拉爾夫說,這一天當中太陽是持續向西移動的隨時調整太陽能板的方向,可以保證這一天當中太陽能板都接受光照,從而提高發電量。

      考慮到單靠人力移動太陽能板太費勁,拉爾夫和他的團隊正在研發一款可自主調整朝向的太陽能支架,按照設計,太陽能板可以在機械支架的支撐下勻速移動,大概在正午時分自動轉向,面朝西方擺放。

      球形透鏡

      德國人Andr  Broessel 開發了一個玻璃球形能源生成器,旨在充分利用太陽光和月光來生成可再生能源。這款設大大提高了能源開發的效率。

      他開發這款設備的原因很簡單。雖然現在太陽能發電技術趨于成熟,但是效率卻一直不高,浪費了很多資源。因此他想到使用透鏡原理可以把太陽能匯聚到一起,這樣產生的能源效率可能會更高。因此他開發的這個太陽能發電系統類似于一臺天文望遠鏡。上面有球形的透鏡,自帶跟蹤系統,能夠像向日葵那樣跟著太陽轉,盡最大可能吸收太陽光,而透鏡的背后是一張太陽能電池板,充分利用一切太陽光。

      這套系統的轉化太陽能效率相對于普通的太陽能電池板至少提升了35%。而且配合透鏡使用,它還可以利用月光發電。

    球形透鏡太陽能發電系統轉化效率提升35%以上

      自我冷卻

      以美國史丹佛大學電子工程系教授ShanhuiFan為首的研究團隊,最近發現如何讓太陽能板冷卻的方法。研究團隊在太陽能電池板的表面上安裝一層極薄的二氧化硅玻璃,最特別的是,在這上頭嵌入極微小的錐狀或圓錐狀結構,目的是讓會產生熱能的紅外線,經由該結構而達到反射出去的效果,所以太陽能板所吸收到的,是不具熱能的可見光能量。

      目前這項實驗已在實驗室完成,未來將移到室外進行測試。而這項發現將有助以降低太陽能板表面溫度,估計表面溫度將降到攝氏55度,且能提升使用效率和延長使用壽命。至于,如何鋪設、確切的數據和整體成本為何,研究團隊都未透露,當然如果未來能進一步廣泛應用在汽車上頭,對崇尚環保的人士來說,會是一個不錯的選擇。

      “超低殘渣助焊劑”

      田村制作所開發出了在制造太陽能電池模塊時使用的助焊劑新產品“超低殘渣助焊劑”。該產品可使殘留在單元表面妨礙電池受光的助焊劑殘渣較以往產品減少60%。

      太陽能電池模塊的制造工序之一是將多個太陽能電池單元串聯在一起。該工序用很細的TAB線將太陽能電池單元表面的母線電極和相鄰的太陽能電池單元的背面電極連接在一起。大多使用焊錫來連接。

      在使用焊錫連接之前,一般會先使用助焊劑,通過除去電極氧化物來提高連接性。但這種助焊劑的擴散面積過大,存在太陽能電池單元的受光面出現白色殘留物的問題。白色殘渣會妨礙太陽能電池受光。

      田村制作所認為助焊劑中含有的松香等固體物質是殘渣擴散的主要原因,為此新開發出了“超低殘渣助焊劑”,該助焊劑減少了松香等固體物質的含量,同時添加了不會變成殘渣的新材料。該產品去除氧化物的性能與以往的產品同等。

      改變聚合物結構 偶!然!發!現!而已

      日本理化學研究所(RIKEN)新興材料科學研究中心新興分子功能研究小組的大阪至(音譯)和同事偶然發現,聚合物結構的小小變化能改變聚合物鏈的結合狀態,從而極大地提高太陽能電池的效率。

      當光能被聚合物太陽能電池中的聚合物吸收時,電子會被激發到更高的能態以產生高能電子和一個相對應的電子“空穴”。為了將光能轉化為電流,這些電子和空穴必須通過聚合物到達電極,然后再結合,但這個過程會損失很多能量。很多科學家們正在進行各種實驗,希望能對這一轉化過程做出改進。

      大阪至和同事使用了一種特殊類型的共聚物進行試驗,這一共聚物中含有一個重復的名為PNNT-DT的結構,大阪至解釋道:“PNNT-DT很難溶於水,因此,我們希望通過朝其上額外添加烷基側鏈使其變得更容易處理。”就像他們所預想的那樣,這種改變大大提高了這種聚合物的可溶性,但“無心插柳柳成蔭”,這種改變也大大提高了用這種聚合物制成的太陽能電池的能源轉化效率。

      這種聚合物被當成薄膜置於太陽能電池內,分析表明,這些新的“烷基化”聚合物鏈會平鋪在電池表面而非與表面垂直,從而使得載荷子--電子和空穴與表面垂直而非平行移動,由此,提高了能源轉化效率。大阪至說:“這種結構和方向上的變化讓太陽能電池的光電轉化效率從沒有烷基化時的5.5%提高到了現在的8.2%。”

    (審核編輯: 小丸子1)

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