中國儲能網(wǎng)訊：Robert Puto是TÜV SÜD(TÜV南德意志集團(tuán))光伏部門的全球主管。TÜV南德意志集團(tuán)是一家全球領(lǐng)先的可再生能源領(lǐng)域測試、認(rèn)證、檢驗、培訓(xùn)和知識服務(wù)提供商。Robert Puto將在下文為大家闡述為什么新一代太陽能電池板有望徹底改變?nèi)虻哪茉瓷伞?/p>
大家普遍認(rèn)為未來的能源是可以再生的。面對不斷減少的大宗商品，源源不斷地供給能源畢竟展現(xiàn)了一個誘人的前景。該能源還應(yīng)該清潔、安全，比一般的能源發(fā)生器更易維護(hù)，并且產(chǎn)生很少甚至不產(chǎn)生有害廢物。在可再生能源領(lǐng)域，太陽能因其巨大的發(fā)展?jié)摿Χ摲f而出。舉例來說，太陽每年通過大氣向地球輸送的能量高達(dá)385萬焦耳，大約是人類所消耗能量的7900倍。從這里我們可以看出，只要能夠獲取10%的太陽能量，就可以完全取代地球上所有的化石燃料。除此之外，太陽能還是無噪音的能源，并且可以遠(yuǎn)程發(fā)送能量，如通過環(huán)繞地球軌道運(yùn)行的衛(wèi)星、荒蕪的沙漠和山區(qū)等。
然而，目前太陽能電池板(光伏系統(tǒng))產(chǎn)生的能量僅占全球電力消耗的0.1%。這是為什么呢?主要原因是因為光伏(PV)技術(shù)與化石燃料相比仍然價格昂貴，不僅在陰天時無法使用，而且還需要大片的面積來生產(chǎn)足夠的電能。舉例來說，目前世界上最大的太陽能電站之一占地10多平方英里(16.9平方公里)，其產(chǎn)生的電力足以為20萬戶家庭供電。這個數(shù)據(jù)確實(shí)令人感嘆?？墒?，有專家認(rèn)為，如果利用目前的技術(shù)給全美國供電，則發(fā)電站的邊長就需要大約100英里(160.9公里)。
然而好消息是，工程師、研究人員和學(xué)者們繼續(xù)夜以繼日地工作，試圖找到更好的解決辦法，而且在一些國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)平價(或市電同價，即光伏產(chǎn)生的電力降至和既有商用發(fā)電網(wǎng)的電價同等)。在大大小小的項目中，逐步實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)平價將不斷提高光伏技術(shù)在商業(yè)上的更可行 – 這是成功的關(guān)鍵因素。
TÜV南德意志集團(tuán)光伏部門為全球一些大型可再生能源項目提供端對端測試、檢驗、審查和認(rèn)證服務(wù)。作為該部門的全球主管，我很榮幸能監(jiān)督、協(xié)助并敦促這些項目的實(shí)施。比如，我和我的團(tuán)隊不僅與制造商合作對太陽能板進(jìn)行測試和認(rèn)證，同時幫助作業(yè)者(承包商、安裝公司以及進(jìn)口商)審查供貨商或OEM(原始設(shè)備制造商)工廠，包括對準(zhǔn)備運(yùn)到安裝現(xiàn)場的貨物進(jìn)行裝運(yùn)前檢驗等。此外，我們從研發(fā)階段就通過測試和認(rèn)證的方式對PV產(chǎn)業(yè)提供支持，包括擴(kuò)展測試項目，提供比現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)更高的可信程度，并加強(qiáng)了新產(chǎn)品的“銀行可貼現(xiàn)性”。
以下簡介了兩個正在發(fā)展中的革命性概念，這兩個概念最終會幫助發(fā)揮太陽能電池板的潛力，根據(jù)國際能源署(IEA)的預(yù)期，太陽能將在不到20年的時間內(nèi)占據(jù)世界能源需求的5% ，比目前增加4900%。
1. 第三代光伏電池
經(jīng)過數(shù)年的研發(fā)，第三代光伏電池(包含各種在分子級別上具半導(dǎo)電特性的材料)已初現(xiàn)端倪。其優(yōu)勢有三。一是第三代光伏電池的效率可能是第一代(晶體硅)和第二代(薄膜光伏)電池的兩倍甚至三倍，也就是說，先前提到的10平方英里的太陽能電站在幾年之后將可以為60萬戶家庭提供充足的電力，而不是20萬戶(即1/3的供電規(guī)模)。
第二，第三代光伏電池使用價格較低的高通量印刷和涂層技術(shù)，該技術(shù)在制造期間耗能較少且設(shè)備投資較低，因此會比之前幾代的成本大大降低。如，制造第一代和第二代電池時需要清潔的室內(nèi)環(huán)境，而第三代則不需要。
第三，第三代光伏電池具有靈活性。具體來說，其較高的吸光性可以使其厚度只有幾微米，且具有高透明度，因此，可以通過絲網(wǎng)印刷印在窗戶上。這樣一來，我們就可以把電池直接安裝在建筑物內(nèi)。將來，從建筑物到大橋再到其他，所有一切都可以是一家大型發(fā)電廠，毫不費(fèi)力地獲取太陽能來滿足我們不斷增長的需求。
2. 3D太陽能電池板
第二個比較突出的創(chuàng)新在于形狀而不是性能，即3D太陽能電池板。與2D板不同的是，根據(jù)原型機(jī)測試，3D太陽能板可以捕獲到幾乎所有照射在太陽能板上的陽光。其實(shí)，平面太陽能板之所以效率低是因為它會反射陽光。根據(jù)歷史記錄，第一臺3D太陽能板是由佐治亞技術(shù)研究院于2007年設(shè)計而成。如今，眾多的大學(xué)和公司都在研究新的設(shè)計。
由麻省理工學(xué)院(MIT)工程教授杰弗里·格羅斯曼(Jeffrey Grossman)及其團(tuán)隊設(shè)計于2012年3月設(shè)計了一款新型3D太陽能板。這種垂向手風(fēng)琴式的塔狀結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)平面排列電池的發(fā)電量每平方英尺要高出20倍，并且在陰天和晴天的發(fā)電量幾乎一樣，而這正是2D太陽能板的短板。這一形狀是通過一個定制的軟件分析工具優(yōu)選出來的;該軟件測試了無數(shù)太陽能板結(jié)構(gòu)，來確定哪種結(jié)構(gòu)能夠生產(chǎn)最多的電能，然后再對性能最高的結(jié)構(gòu)的易制性、運(yùn)輸及成本進(jìn)行評估。
MIT團(tuán)隊認(rèn)為，一般來說，在有限的空間內(nèi)(比如平頂裝置或城市環(huán)境中)，3D形狀比平面板具有更大的優(yōu)勢。同時3D形狀還可用于大規(guī)模應(yīng)用，如太陽能電場，只要各塔之間的遮光效能盡量降到最低，目前這個團(tuán)隊正著手處理這一挑戰(zhàn)。由于3D板在需要的時候能夠平直不折疊地進(jìn)行運(yùn)輸，因此，格羅斯曼還認(rèn)為3D太陽能塔有望用作電動汽車的充電站 – 這是一個有趣的且具潛在的理論。
盡管如此，3D板要取得成功，仍然需要克服商業(yè)可行性上的各種障礙。比如，與普通的2D結(jié)構(gòu)相比，塔狀結(jié)構(gòu)覆蓋相同的面積就需要更多的太陽能板，這樣一來就會增加制造的成本?？墒?，有人認(rèn)為，因為3D板可以全天以最佳角度捕獲陽光，3D形狀可以降低對機(jī)械太陽跟蹤系統(tǒng)的需求，從而抵消增加的成本。不論如何，最終新的技術(shù)都要進(jìn)行嚴(yán)格的可行性和可靠性測試;生產(chǎn)技術(shù)在大規(guī)模生產(chǎn)前需要進(jìn)行優(yōu)化。
成功的關(guān)鍵要素
我認(rèn)為，就像所有新型技術(shù)一樣，目前發(fā)展太陽能最大的障礙在于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行性的同時保證產(chǎn)品質(zhì)量。太陽能電池板的長期可靠性是其能否被市場接受的關(guān)鍵。通過在實(shí)際操作環(huán)境中進(jìn)行產(chǎn)品的可靠性測試，生產(chǎn)商和操作者可以預(yù)估產(chǎn)品在實(shí)施時產(chǎn)生的能量。太陽能電池板能否在其產(chǎn)品生命周期內(nèi)持續(xù)提供能量是一個至關(guān)重要的因素。太陽能電池板預(yù)設(shè)的生命周期是25年以上，因此在實(shí)驗室和所有生產(chǎn)階段對其進(jìn)行測試是確保其能夠達(dá)到預(yù)設(shè)生命周期的關(guān)鍵。通過在研發(fā)過程中和安裝前進(jìn)行較強(qiáng)的可靠性測試，可以將其在實(shí)際操作中的失敗率降至最小，而在實(shí)際操作中的失敗會導(dǎo)致無法挽回的損失或降低能源生產(chǎn)的效率。
無限潛力
太陽能是偉大的能源 – 它不僅給你我提供了能量，賜予我們生命和食物，并且在未來數(shù)年，它將為我們的家庭、汽車和貨物提供越來越多的能量。在光伏領(lǐng)域，第三代光伏電池和3D太陽能板可能會聯(lián)手牽頭，引領(lǐng)太陽能熱技術(shù)和智能電網(wǎng)領(lǐng)域的創(chuàng)新)。這些創(chuàng)新會真正地為我們所有人提供一個不僅在經(jīng)濟(jì)上，而且在環(huán)境上最光明的未來。
目前，我們在光伏領(lǐng)域能為客戶提供基本覆蓋了全方位的服務(wù)，從傳統(tǒng)的組件，零部件的測試認(rèn)證到工廠檢查，現(xiàn)在還新提供如鹽霧，氨氣，PID(系統(tǒng)電壓耐久性)等測試認(rèn)證服務(wù)。我們將不斷地跟蹤技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，及時推出新的測試和服務(wù)，為光伏產(chǎn)業(yè)做出第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
TÜV 南德意志集團(tuán)
TÜV 南德意志集團(tuán)于140多年前在德國成立，是全球領(lǐng)先的技術(shù)服務(wù)公司之一，服務(wù)范圍覆蓋測試、認(rèn)證、檢驗、資訊及專家指導(dǎo)等多個領(lǐng)域。公司在全世界擁有600多個代表處，員工約17，229人，著力為客戶提供技術(shù)、體系及實(shí)際運(yùn)作中的優(yōu)化服務(wù)。
TÜV 南德意志集團(tuán)在中國的業(yè)務(wù)開展已有20年歷史。至今，已為20，000多家客戶提供了相應(yīng)服務(wù)。
