中國研究人員們建造了一個光譜分裂集熱器農(nóng)業(yè)光伏系統(tǒng)(SCAPV)的原型。該系統(tǒng)的光伏轉(zhuǎn)換效率達9.9%、混合光利用效率為9.05%,平準(zhǔn)化能源成本(LCOE)為0.033美元/千瓦時。
SCAPV系統(tǒng)。圖片:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)主導(dǎo)的科學(xué)家團隊開發(fā)了一種光譜分裂集熱器農(nóng)業(yè)光伏(SCAPV)系統(tǒng),并聲稱此系統(tǒng)可以提高多種植物的作物生產(chǎn)力。
該SCAPV系統(tǒng)的工作原理是基于光伏發(fā)電和光合作用的不同光譜響應(yīng)進行太陽光光譜分離。根據(jù)這一原理,紅光和藍光將用于光合作用,因為它們的波長與植物葉綠素的吸收峰匹配,而其他波長的光線都用于集中式光伏發(fā)電。
該研究小組在最近發(fā)表于《能源轉(zhuǎn)換與管理》雜志上的“光譜分裂集熱器農(nóng)業(yè)光伏技術(shù)提高混合太陽能轉(zhuǎn)換效率”一文中闡述了他們的研究成果。他們強調(diào),該
系統(tǒng)由三大關(guān)鍵組件構(gòu)成,即實現(xiàn)光譜分離的多層聚合物膜(MPF)、拋物線槽式集熱器(PTC)和晶體硅太陽能電池。
他們使用由美國工業(yè)集團3M公司生產(chǎn)的、具有高透射率的市售MPF。而PTC充當(dāng)柔性MPF的基材,并用作反射器將反射帶導(dǎo)向由美國太陽能電池制造商Sunpower提供的焦點交叉指式背接觸(IBC)光伏電池。
研究人員們進一步解釋道:“盡管III-V族多結(jié)太陽能電池具備更高的效率潛力,但晶體硅電池對于可擴展解決方案來說更具成本競爭力,還能在聚光比為3-100的高強度入射輻射下保持高性能?!彼麄冞€指出,每個光伏組件都由三部分組成,即低鐵玻璃前蓋板、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物背板和背面鋁基板。
研究人員表示,光伏電池和MPF的成本分別為0.10美元/瓦和0.02美元/瓦,而包括集熱器和跟蹤器在內(nèi)的硬件成本達0.57美元/瓦。
研究小組在中國安徽省阜陽市部署了一個SCAPV系統(tǒng)的原型,以便測試系統(tǒng)性能。該設(shè)施占地422.4平方米,采用雙軸太陽能跟蹤系統(tǒng)。
SCAPV系統(tǒng)的光伏轉(zhuǎn)換效率達9.9%、混合光利用效率為9.05%。研究人員們表示,這超出了6%左右的最大理論光合效率。
“經(jīng)濟學(xué)分析顯示,SCAPV系統(tǒng)的平準(zhǔn)化能源成本為0.033美元/千瓦時,表明具有經(jīng)濟可行性。”他們還補充說,在部分陽光下生長的植物具有更高生物量?!半m然這類可調(diào)式光伏系統(tǒng)目前仍缺乏成本競爭力,但它們在農(nóng)業(yè)光伏這一利基市場上能夠提供優(yōu)于傳統(tǒng)硅太陽能電池的優(yōu)勢,因此有望實現(xiàn)商業(yè)化并不斷改進?!?/p>
今年10月份,研究小組公布了SCAPV系統(tǒng)的基本設(shè)計。他們在安徽對系統(tǒng)進行了戶外實測,發(fā)現(xiàn)每公頃的發(fā)電量為107 MWh。系統(tǒng)的整體效率可達11.6%,科學(xué)家們稱這是有史以來利用光譜分離技術(shù)創(chuàng)下的最高效率。
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