大力发展代光伏发电技术

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1、大力发展“第三代”光伏发电技术，应对“碳关税”的挑战中国科学院理论物理研究所研究员何祚庥我国无疑应迅速决策大力发展太阳能，把发展太阳能提高到国家发展战略高度，一方面是为了应对国际金融危机，另一方面也是为了回应发达国家为扼制我国而发起的“征收碳关税”的挑战。最近，美国总统奥巴马一再宣称：“在开发、生产、利用和节约能源的新技术方面，没有什么比创新更重要”。应对“碳关税”的重要措施之一，是大力发展光伏发电技术，要在10~15年间，将光伏发电成本下降到可以和火力发电相竞争的水平。从国际发展的态势来说，当前光伏产业正由晶体硅发电为核心的“第一代”技术，向硅薄膜或其它薄膜（如碲化镉，铜铟

2、镓硒等）发电等“第二代”技术转变。由于薄膜的厚度仅为几个微米，所用材料仅为价格十分昂贵的晶体硅的1%。所以，“第二代”技术的发电成本，一般约为“第一代”技术的1/2。但是，时代又在前进。现在光伏发电技术，又出现了“第三代”技术。这就是中国科学院理论物理研究所特聘研究员，陈应天教授所开拓的“4倍聚光+跟踪+太阳能炼硅+晶体硅（p型或n型）+薄膜”的光伏发电技术。[1]我个人认为，这是当前最先进、发电成本也最低廉的光伏发电技术。现在国际上也出现了类似的意见。下面是华北电力大学、可再生能源学院的陈诺夫教授在《高效聚光太阳能发电系统》的报告中给出的，国外最近发布的，有关未来光伏发电成

3、本发展趋势的预测图。这一预测图也指出，第二代光伏发电成本，约是第一代光伏发电成本的1/2，而第三代光伏发电成本，亦即“聚光+跟踪”技术的光伏发电成本，又将是第二代的技术的1/2。下面简略地介绍一下陈应天教授及其团队在太阳能光伏发电技术方面，所获得的成就。一、当前“4倍聚光+跟踪”的光伏发电技术有较大突破，其成本已下降到平板光电池的1/3，发电成本也下降到0.51元/度电。a）传统的光伏电池是将光电池做成平板，固定放在屋顶或墙面，或按最佳方位，用支架排成接受阳光的阵列。优点是结构简单、易加工，缺点是有较大的余弦损失，每块光电池只接受一倍阳光，利用率太低！提高电能有效产出的办法之

4、一：聚光+跟踪。b）下图是陈应天教授所发明的4倍聚光装置。关键在于所设计的光漏斗能够保证在一次反射的条件下，在太阳电池表面上有均匀光强的分布。图片说明：光漏斗的外形图理论预期，4倍聚光将输出4倍电力。实际上由于反射、吸收等原因，实测证明，在直射光是4倍光强的条件下，光电池的输出是3.3倍。如果再加上跟踪装置，可比平板电池提高30%，发电量是3.3×1.3=4.3倍。如果扣去光漏斗对漫射光的阻挡（注：漫散光一般占太阳光的10%~30%），在干旱地区，漫射光仅占10%，也就是一块光电池能产生4.3×（1-0.10=3.87）倍的电力；在阴雨、多云地区，一块光电池将能产生4.3×（

5、1-0.30=3.01）倍的电力。c）为什么这一四倍聚光技术能在短期内获得成功？原因是：1）仅要求“4倍”而不是高倍聚光，所以可用目前市场上有充分供应，价格较低廉的光伏电池，不必要求有能承受10~20倍，或几百倍，但质量难以保证，价格十分昂贵的，“特殊”的聚光电池；2）这一光漏斗能保证太阳光在光电池表面有均匀的光强分布，这就极大地减少了热应力的不均匀和受热量的不均匀，带来“光漏斗”的制作和散热的困难，如果是市场上随便买来的劣质光电池，四倍聚光会扭曲成“碗”；3）由于这是光的均匀“折叠”，仅要求太阳光的垂直输入，使“光漏斗”成为“向日葵”；只需将地球绕太阳公转和自转的高精密的运

6、行公式，输入芯片，就能将阳光垂直送进光漏斗，不必采用“测量”和“反馈”等，复杂而又不甚精密的控制方案，也大幅度降低了跟踪成本。下面是发电功率为150瓦的样机：图片说明：李政道教授在进行现场指导图片说明：多倍聚光发电可以用在路灯上既美观又可靠d）有许多人对4倍聚光技术提出批评或怀疑：如，能否有效地散去4倍聚光带来的热量？是否真的达到4倍的输出？跟踪精度能否满足要求？能否长期安全可靠地运行？能否经受沙漠地区，常有的狂风、冰雹、高温、骤冷、沙尘暴等恶劣气候的考验？如何解决灰尘的清洗？能否比平板电池有更长的持续寿命？能否和别的聚光方案相竞争？等等……。对上述难点、疑点，陈应天教授采用

7、了一系列高新技术，做了有针对性的回答。尤其是“光漏斗”的设计，除了耐冰雹、强风之外，还有效地防沙、防水，有效地消除了最为困扰平板电池的热岛效应，能保证>25年的使用寿命，而且易拆、易装，便于维修。实践也已部分地做了回答。这一4倍聚光技术，已在内蒙古鄂尔多斯建造了一个功率为205千瓦小型光伏电站。已安全、可靠、持续运行了2年多，只在安装调试早期有千分之一、二的光漏斗需要维修！下面是在内蒙鄂尔多斯正在运行的小型光伏电站的照片：图片说明：国内第一座由国家批准的在鄂尔多斯正式运行的商业化的光伏电站e）近来，这一