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【聚 焦】中国光伏20年:江湖风云录(三十)
2021-08-27 08:59:34   来源:中国有色金属报    点击:

作者:云翀
 
表 主要太阳电池的效率情况
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  四、蓄势:在黎明破晓前
  (世纪之交至2003年)
 
  全球光伏产量缓慢增长(续)
 
  在太阳能光电材料的发展过程中,各国都围绕新型材料进行了研发应用。上文提到的太阳能玻璃就是其中一种路径,将光电技术融入玻璃,把以前被当做有害因素而屏蔽在建筑物表面的太阳光转化为可被利用的电能。此外,这种复合材料不多占建筑面积,同时,优美的外观具有特殊装饰效果,也赋予建筑物鲜明的现代科技和时代特色。实际上,早在1995年,德国柏林落成的TIETGARTEN大楼,就将多晶硅太阳电池板安装于其外立面,这种电池板的质感和反射性与镜面玻璃非常相似,不会对建筑造成任何影响。比如,太阳能瓦,是将太阳能光伏电池与屋顶瓦板结合形成一体化的产品,其创新之处在于使太阳能与建筑达到了真正意义上的一体化。系统可以直接铺在屋面上,不需要安装任何支架。太阳能瓦由光电模块组成,其形状、尺寸、铺装时的构造方法都与平板式的大片屋面瓦一样。光电屋面瓦每套包括20块电池板,每套每年可以产生1000千瓦时电力。当屋面的朝向和日照时间符合规定条件时,2-3套屋面瓦便可以满足一个家庭的日常用电。再如,太阳能墙。电力墙是将太阳能光伏电池与建筑相结合、构成一种可用来发电又具有装饰作用的外墙贴面。在美国,4位芝加哥建筑师为坐落于华盛顿的美国能源部设计了当时世界上最大的太阳能围墙。据报道,“这一巨大的太阳能板覆盖在能源部原来光秃秃的南墙表面,所提供的电能相当于60个家庭的总用电量。”
 
  尤其值得一提的是,在这一时期,小卫星技术迅速发展,质量和体积不断缩小,成本也不断下降。电源系统是卫星的重要分系统之一,几乎所有的卫星都需要配置一个可靠的电源系统。20世纪90年代以来,空间飞行器开始向两个极端发展:一是处于成本考虑的微型化,二是出于载人、多功能、多任务、多设备需求的大型化。这无疑对航天器提出了更高的要求,从而使空间太阳能电池的应用和研究再上一个新台阶。在宇宙空间环境中,环境条件非常恶劣,且存在大量的高能粒子,会破坏太阳电池的晶格结构,使晶格缺陷增多,造成电池性能下降,对于在这种条件下工作的太阳能电池,必须具备性能稳定和耐辐照等基本特性。所以,抗辐照是空间太阳能电池区别于地面应用的太阳能电池的重要特征之一。在当时,太阳能电池已经有了很大的发展,高效太阳能电池的研究突飞猛进,出现了各种各样新材料和新结构的电池。
 
  从上表中可以看出,砷化镓等Ⅲ-Ⅴ族电池具有很高的广电转换效率,且抗辐照特性较好,满足空间应用的需求。但是,由于材料成本高,且其具有尖锐的反向击穿特性,电池需要增加保护,这就极大地增加了器件制造的成本和工艺复杂性,此外,有些材料还非常易碎,不能做成薄电池,这就会增加电池的质量和成本。在这方面,硅电池的优势就极大地显现出来:由于其密度小,材料强度大,基片可以很薄,降低了材料成本,自然成为行业技术研发的主流。所以,为克服传统晶体硅电池的缺点,IBC(Interdigitated Backside-Contact)背面叉指电池、VMJ(Vertical Multi Junction)垂直多结电池和EVMJ(Etched Vertical Multi Junction)垂直多结电池、点接触(Point Contact)电池、双面(Double-Sided)电池、激光刻槽埋栅(Laser Grooved Buried Contact Cell)电池、具有转换光谱膜的电池、PERL(Passivated Emitter,Rear Locally Diffused)表面钝化背面局域扩散电池等。
 
  这一时期,关于建设太阳能空间站的大胆设想再一次被提及。太阳光经过大气层到达地球表面时,已经被大大减弱,而到达地面的太阳光,又有三分之一被反射回空间之中。因此,在大气层以上接收的太阳能要比在地球上接收到的多4倍以上。为此,把太阳能发电站建到宇宙空间,以获得更多太阳能、避免地面太阳能电站接收阳光时断时续的缺点的大胆想法,似乎在技术的“加持”下,也没有那么遥不可及。要达到这个目的,就必须研制一种太阳能动力卫星,并把它送到距离地面3.5万公里的高空,且与地球保持同步轨道。这样,卫星绕地球飞行一圈的时间,正好与地球自转一周的时间相同,这样就可以使其能够直接将太阳能引到地球上。卫星上装有巨大的太阳能电池板,能将太阳能转化为电能,然后将电能转化为微波束发回地面。地面接收站通过巨型天线,将动力卫星送回到地面的微波重新转换成电能。在20世纪70年代,人类就对空间太阳能方案进行了广泛的研究,但是按照那个时代的设想需要花费巨大的财力,这也导致20世纪80年代后,此项方案一直搁置。到了20世纪90年代,财力充裕后,该方案又重新回到大众的视野,并在21世纪初成为热点。当时,欧洲航空防务与航天公司耗资60万欧元进行相关研发,科学家哈特穆特·米勒还曾在不莱梅演示了新研发的激光设备,可以作为太空发电厂向地球传送能量的重要部件。时至今日,实现这个梦想还有诸多难关有待攻克,人类对于科学的探索永无止境,但只要坚守终将见到光明。
 
 

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