Концентриращи фотоволтаични системи

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 3, 2012

Нови разработки и тенденции в CPV технологията

Концентриращите фотоволтаици (CPV) преобразуват слънчевата енергия в електрическа по същия начин както и конвенционалните фотоволтаични технологии. Разликата е във вградената оптична система, която фокусира слънчевата светлина във всяка клетка, като за целта се използват пречупващи или отразяващи концентратори. Другата основна разлика е във вида на клетките. Традиционните фотоволтаични системи използват голямо количество силициеви клетки, докато CPV системите използват малко количество, но високоефективни соларни клетки, известни като многопреходни или III-IV клетки. Всичко това осигурява по-висока ефективност и по-висока енергийна производителност за монтиран мегават, твърдят специалистите.

Технологията все още се намира в начален етап на развитие, но напоследък отбелязва сериозен напредък в подобрението на дизайна и цялостната ефективност на CPV модулите и притежава големи възможности за бъдещи иновации. Статията разглежда някои от най-новите разработки в областта, както и възможностите за бъдещи технически и търговски постижения при налагането й на пазара.

Пазарът днес

Конструкцията на CPV модулите се характеризира с голямо разнообразие, особено що се отнася до избора на оптична система. Производителите могат да избират между отражателни огледала или Френелови лещи като основна оптика и след това отражателна, пречупваща или никаква вторична оптика. Решението е в основата на конструкцията на CPV модулите и системите, и спомага за определянето на крайната ефективност при преобразуване на енергия, която може да бъде предоставена от цялостната система. Освен това, с цел разискването на първичните и вторични оптични елементи, на още по-основно ниво стои въпросът за оптималния размер на фотоволтаичната клетка и коефициента на концентрация.

Предложенията на CPV пазара в момента са много разнообразни, като много компании поемат техническото предизвикателство да направят CPV технологията наистина продаваема, подхождайки от различни гледни точки. Това е една от причините все още да няма референтен метод за разработка на CPV компонентите и системите. В резултат на това, за дадена компания е трудно да се възползва от икономиите на мащаба, които са необходими за понижаване на разходите и повишаване на търговската привлекателност на CPV системите.

В следващите три години понижаването на производствените разходи ще бъде от изключителна важност за CPV индустрията. Очаква се, освен изгодите от приемането на най-добрите практики и икономии от мащаба, част от понижението на разходите да дойде от развитието на технологиите в производството на клетки чрез намаляване на количеството материал, необходим за производството на всяка клетка.

Тенденции в конструкцията на CPV модулите

Специалистите определят четири ключови технологични елемента на CPV системите, при които се очаква сериозно развитие:

Разположението на лещите

Имайки предвид естеството на CPV, разположението на лещите определено е първата област, в която се очакват нови разработки и подобрения в следващите няколко години. Много компании използват като оптичен елемент френелови лещи. Те представляват плоски лещи, при които се заменя извитата повърхност на една конвенционална леща със серия от концентрични растери. Това дава възможност да се елиминира дебелината на обемната конвенционална леща. Тези растери се разпростират от центъра на лещата към нейната периферия, като всеки от тях има индивидуален профил и пречупва светлината отделно. Растерите действат като индивидуални пречупващи повърхности, свеждащи паралелните лъчи в общо фокусно разстояние. На практика всеки концентричен растер действа като част от леща, като всички взети заедно формират функцията на истинска леща.

Сред предимствата им специалистите посочват по-ниската цена, тегло и дебелина. Френеловите лещи са много тънки, което съществено намалява загубите от поглъщане на светлината в материала, както и неравномерността в разпределението на тези загуби от центъра към периферията на лещата. Освен това са много леки.

Полиметилметакрилатът, поликарбонатът, както и някои други нови видове материали имат значително по-ниско тегло от тази на стъклото.

Въпреки че полиметилметакрилатните (РММА) френелови лещи имат много предимства, една от очакваните тенденции е производителите на модули да започнат да използват френелови лещи, базирани на силиций върху стъкло (SOG). Изследване на представянето на РММА при тежки условия в регионите на Слънчевия пояс, където се наблюдава износване и разширение на лещите, причинени от високата температура, доведе до това, че голям брой компании започнаха да предпочитат използването на SOG.

Вторична оптика

В момента всички производители използват вторичен оптичен елемент в CPV модулите, като най-популярните са трапецовидна тръба, отражателен конус или трапец. Тези оптични елементи все още имат голям брой сериозни проблеми: или са прекалено скъпи, или изискват механично фиксиране, което от своя страна добавя разходи и сложен монтаж. Тези въпроси са сериозна пречка за евтиното и ефективно производство на големи обеми CPV модули.

Една от ключовите тенденции в развитието е използването на алтернативни решения като "свободни форми: на пречупващи елементи и сферични лещи. Независимо от това коя алтернатива ще бъде възприета на пазара, ясно е, че това ще бъде ключова област за развитието на CPV модулите.

PV клетки

Фотоелектричните клетки са друга област, в която трябва да бъдат направени сериозни подобрения и в която се очаква голям прогрес през следващите няколко години. PV клетките с троен преход са предпочитаната в момента технология, чиято ефективност се очаква да се повиши. Освен тях, в дългосрочен план се очакват допълнителни иновации. Вероятно някои от тях ще бъдат базирани на техниката на епитаксиално наслагване, която ще спомогне за създаването на гъвкави, високоефективни и по-евтини клетки с троен преход. Това е ключова тенденция за CPV индустрията и очакванията са свързани с нарастващ интерес в разработката на по-тънки клетки, които ще бъдат по-евтини от клетките от настоящото поколение и ще предлагат по-добри термични характеристики.

Конструкция на модулите

Корпусът на самия модул е четвъртата ключова област, повлияна от развитието на материалите. Въпреки че на пазара се появиха модули, произведени от композитни материали, които най-вероятно са с по-ниска цена, все още съществуват съмнения по отношение на тяхната устойчивост. Поради тази причина експертите смятат, че алуминият ще остане предпочитаният материал за изработка на конструкциите в близко бъдеще.

Несъмнено трябва да се полагат непрекъснати усилия за намирането на по-евтини методи на производство, като например пресоването, което се използва при автоматизираното производство на задната част на някои от CPV системите. Този метод на производство е разглеждан като вариант от доста компании, но все още се отдава предимство на намирането на алтернативни материали, които да донесат бъдещи понижения на разходите в производствения процес.

Заедно с подобренията в четирите критични области, разработчиците на CPV модули полагат усилия да намалят времето за сглобяване на елементите и максимално да автоматизират производствения процес. Прогрес ще има и по отношение на повишаването на ефективността на модулите, което е тенденция в последните години при всички фотоволтаични системи.

Очаква се настоящата тенденция на повишение с около 1% годишно в ефективността на клетките да продължи, въпреки че разработките на клетки с оптимизирани преходи могат да осигурят и по-сериозен ръст. Цялостната ефективност на системите се очаква да достигне 32% до 2013 г.

По отношение на концентриращите фотоволатици, специалистите прогнозират, че до 2020 г. в световен мащаб ще има около 20 GW CPV инсталации, които ще се използват за свързани в мрежата и автономни приложения.


Top