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支持太阳能无人机的薄膜发电到底是什么?

发布时间:2018-04-17 03:38内容来源:新电力网 点击:

  Facebook(脸书)是一家社交网络公司,他们和太阳能有什么关系?

  本来确实不沾边。不过,它的老板扎克伯格是一个有理想的人,他追求科技进步和人类机会平等,为了让地球上每个角落的人都能够获取到互联网服务,于是开发了一架名为“Aquila”的太阳能无人机,通过无人机发射无线网络,让人们享受互联网带来的乐趣。不久前,Aquila首次试飞成功,让网络覆盖全球成为可能。

支持太阳能无人机的薄膜发电到底是什么?

  Facebook的太阳能无人机Aquila首次试飞成功

  Aquila无疑是商业合作的一个结果,尽管Facebook并没有宣布是与哪家太阳能公司进行技术合作,不过,人们猜测为它提供太阳能发电技术的正是中国汉能的海外子公司Alta Devices。理由是,只有薄膜发电的电池才具有重量轻、弱光发电性能好的特点,满足Aquila需要尽可能减轻机身重量、能在夜间飞行等诸多需求。而在前不久,汉能在2018年报中也曾透露,“已交付全球知名企业高空长航时无人机的电池产品订单。”

  太阳能无人机的应用具有无限的想象力,不仅是民用,在军事上也具有广泛的应用前景。

  那么,这种薄膜电池技术究竟是怎样的呢?

  什么是薄膜电池技术?

  人类对太阳能发电的研究最早要追溯至19世纪40年代,德国科学家迈尔第一个发现植物能够将太阳能转化为化学能。随后,科学家们从中陆续发现了叶绿素、光伏效应等,并在1954年研发出了第一块单晶硅太阳能电池,它能够利用光电材料吸收光能,将光转化为电能。

  经过170多年的漫长发展,如今,太阳能发电技术被分为两条路线,一条是晶硅发电,一条是薄膜发电。晶硅起步较早,不过从上个世纪90年代起,薄膜发电开始进入光伏行业,市场占有率正在逐年稳步上升。

  与晶硅不同,薄膜电池是一项采用薄层材料,运用电子半导体和光学原理的技术,它的用硅量极少,更容易降低成本,是一种高效能源产品。它的种类丰富,包括砷化镓、铜铟镓硒、碲化镉等,可以通过溅射法、共蒸发法等技术获得。因其质量轻、弱光性好、柔性可弯曲等优点,薄膜发电被科学家们视为未来光伏发电的发展方向。

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  薄膜电池被视为未来光伏发电的发展方向

  从市场现状来看,目前较大的薄膜电池生产商主要有美国First Solar,日本Solar Frontier、Sharp Solar、中国汉能等企业。

  First Solar现在是美国薄膜电池行业的头把交椅,它曾在2013年斥巨资收购了美国通用电气公司(GE)旗下的碲化镉(CdTe)薄膜太阳能部门,并致力于研发碲化镉(CdTe)薄膜技术。目前,First Solar的碲化镉(CdTe)薄膜组件的转化率已达到22.1%,足以与一般的晶硅产品相媲美。

  无独有偶,中国汉能也通过陆续收购四家拥有全球顶尖技术的薄膜公司——德国的Solibro和美国的MiaSolé、Alta Devices(AD)以及Global Solar Energy(GSE),迅速掌握了薄膜发电行业的尖端技术。与First Solar不同,汉能的主要研究方向是铜铟镓硒(CIGS)和砷化镓(GaAs),它的柔性薄膜电池目前拥有4项世界纪录,其中,Alta Devices公司的砷化镓(GaAs)双结电池转化率高达31.6%。

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  中国的汉能公司

  据了解,目前世界上有超过40个国家正在研究下一代低成本、高效率的薄膜太阳能电池,太阳能薄膜发电技术正成为新能源替代传统能源的关键性技术。

  豪门VS新贵:谁是面向未来的技术?

  在大的格局上,目前,晶硅仍然在全球光伏产业中占据主导地位,不过,在日益竞争激烈的电力批发市场上,太阳能发电成本必须要保持持续下降趋势,但是就目前来看,晶硅技术的突破之路已经越来越难走。

  麻省理工学院(MIT)在2018年发布的《太阳能未来》研究报告中指出,在美国,光伏系统的非模块或平衡系统(BOS)成本占到太阳能地面电站价格的65%,在普通住宅使用的屋顶太阳能方面,BOS更是占到85%的成本。与晶硅相比,薄膜技术是在玻璃、塑料或金属等基底上沉积上一层或多层很薄的光伏材料,这种工艺可以减少系统的材料使用,降低制造支出。随着技术的进一步突破,薄膜技术有望成为太阳能实现成本大幅下降的最可能途径。

  此外,报告还建议美国政府应该转向薄膜太阳能这种“面向未来”的技术,降低晶硅电池投入,因为这种“短期研究”已没有太大价值。

  今年7月,因旗下碲化镉(CdTe)薄膜太阳能板的技术表现持续优异,美国薄膜太阳能龙头企业First Solar宣布,全面停产旗下的TetraSun单晶硅产品线,将位于马来西亚的工厂改为生产Series 5薄膜组件的基地。

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  美国First Solar公司

  在欧洲,来自德国、瑞士、法国、意大利、比利时、卢森堡等欧洲8国11个科研团队在2018年组成了一个研究联盟,宣布启动一项名为“SHARC25”的计划,研究和开发超过晶硅转换效率的CIGS薄膜太阳能电池技术,将转化率提高至25%,用于未来公共事业的大规模发电。德国《太阳能电池》杂志认为,薄膜太阳能电池的广泛使用,将有助于太阳能发电成本的快速下降,它有望在未来15年里成为最便宜的能源。

  在中国,工业和信息化部在2018年12月发布了《产业关键共性技术发展指南(2018年)》,薄膜电池生产技术被纳入优先发展的关键共性技术,“支持CIGS铜铟镓硒薄膜电池生产工艺技术研发,特别是大规模柔性铜铟镓硒卷对卷连续生产工艺,提升转换效率,降低生产成本。”今年8月,新电力,国务院在正式印发的《“十三五”国家科技创新规划》中,也提出了要在能源领域形成能源多元供给、高效清洁利用和前沿技术突破的整体布局需求,太阳能光伏在发展可再生能源的需求中名列首位。

  脑洞大开的薄膜电池应用

  说出来你可能不信,薄膜电池的应用领域非常广阔,甚至会有些脑洞大开的创意。

  由于薄膜电池质量轻,柔性可弯曲,因此它可以非常好地融入建筑设计中去,包括用它来制造屋顶。聪明的建筑师们从上个世纪80年代起就开始研究如何将太阳能板与屋顶完美地结合起来,人们甚至发现了利用屋顶发电来赚钱的办法,不过更多意义层面则是为了环境的可持续发展。

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  依靠薄膜电池技术打造的全太阳能动力汽车

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