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聚光跟踪式光伏技术面世

2007-10-16 09:13
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降低太阳能发电成本是前沿课题太阳能是最为丰富的可再生能源资源,然而太阳能发电的高成本一直是大规模开发利用的障碍。能否经济高效利用太阳能的关键在于太阳聚光和跟踪水平的优劣。世界各国都将提高太阳能发电效率,降低太阳能发电成本,作为科学研究以及产业化的前沿工作。由中国科技大学太阳能研究院陈应天教授及其团队与安徽应天新能源有限公司,经过两年多合作研制的数倍聚光光伏发电系统取得了太阳能光伏发电的技术突破。即使在目前百千瓦级的较小电站规模下,这个新技术已经使太阳能光伏发电成本在太阳资源一类地区中比传统的平板固定式技术降低了50%,这就为我国向着摆脱传统技术,使用具有独立知识产权的新技术,大大降低太阳能利用成本迈出了第一步。日前,内蒙伊泰煤炭集团应用这一技术的205千瓦数倍聚光光伏发电沙漠示范电站在鄂尔多斯市郊建成。

记者在现场采访中了解到,这座经国家发改委立项批准的电站占地约30亩,发电能力205千瓦,其中200千瓦全部由数倍聚光单元组成,另外5千瓦采用传统的平板式技术便于进行比较。经过近3个月比较实验证明,聚光跟踪式光伏技术的平均发电量是相同面积固定光电电池的3~4倍。数倍聚光发电电池是采用陈应天教授等人所发明的光漏斗将太阳光聚光于经过改造的光电池上制成的。由于采用了新的跟踪技术,新系统的跟踪稳定性以及精确性都成功地经受住了一年多来野外实践的各种严酷考验。

据介绍,在两年多的研制并应用的实践中,研究人员克服了重重困难,在光电池的有效散热、光漏斗的封装、系统的抗风沙能力等方面,经过不断改进过程,最终研制出能够大批量产业化生产的,成本低廉稳定可靠的新型光伏发电系统。
  
聚光跟踪式光伏技术优点多

  
中国科学院副研究员王亦楠博士告诉记者,这种新型的低倍聚光发电的思想缘于陈应天最近发展的一种新的光学聚光跟踪理论和实践,在这种理论中,新的聚光和跟踪理论的优点之一是:新的主动高次曲面比传统几何镜面(球面或抛物面)的聚光效果提高几倍甚至十几倍。即使在入射角变化的情况下,也能够有效地消除太阳光斑的象差,从而使聚光的倍数大大增加,并第一次实现了聚光与跟踪同时进行的设计模式;新的聚光和跟踪理论的优点之二是:用更简单、更可靠的方法实现目前难以做到的对固定目标的跟踪。跟踪太阳运动的部分只限于聚光定日镜,而聚光目标不必同聚光镜一同运动,从而使整个系统的重量大大减轻,这是新型太阳能发电系统的成本能够大幅度下降的原因之一;新的聚光和跟踪理论的优点之三是:各种变型的设计可用于不同的工作环境和工作要求,操作系统大大简化。新的理论可应用于处于地球上任何一点、任何位置、任何朝向的定日镜,因此可以使用单个集成线路代替复杂的计算机控制系统。据王亦楠博士介绍,根据此新理论研制出来的新型的太阳炉、太阳灶以及太阳光热发电正在积极的研制过程当中,而日前建成并投入试运行的数倍聚光跟踪光伏发电系统只是陈应天及研究团队研制的项目中的一个。
  
光伏发电成本显著降低
  
专家认为,这项聚光跟踪光伏发电技术已经在目前小规模应用的条件下,比传统的平板光伏电站节省25%的初投资、增加了25%的发电量,从而光伏发电成本降低了50%;如果大规模应用,在阳光一类地区还将有进一步的降价空间。其具有智能纠错且超低能耗的跟踪系统,不受天气影响,具有超强的野外适应能力,可以抗台风、抗沙尘暴、抗冰雹、抗雨雪。这项技术在设计上更便于维护和更换,在使用上根除了平板式光伏电池组件所面对的热岛效应。专家认为,这项技术的推广和使用不单在降低太阳能利用成本上有经济效益,在节能减排、减少环境污染方面意义也很重大。据计算,在正常情况下,1片传统的光伏电池在其寿命期间产生出来的电量只有制造这片光伏电池所消耗的电量的3~4倍,而数倍聚光光伏发电系统将这个比例提高到10倍以上。
  
据研究人员介绍,新型数倍聚光发电系统的设计可根据不同地区的太阳能资源而变化,太阳能资源越好的地方倍数可以越高,这次在内蒙古鄂尔多斯市建成的示范电站达3~4倍,由于使用了陈应天教授的专利技术成功的解决了散热问题,它比最近在西班牙落成的1.8~2.2倍的聚光跟踪系统还要高。研究人员也讲到,数倍聚光跟踪系统的问世,不会与现有平板式光伏电池的使用产生矛盾,在太阳能资源不太丰富地区或是在空气素质较差、散射光占主导的地区,平板式电池组件仍然具有不可替代的作用。
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