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国外光伏技术研究机构

供稿人:朱文韵  供稿时间:2017-5-24   关键字:光伏发电  太阳能  机构  

太阳能电池将光作用于半导体上,引起光电反应。当光子聚集到一定量时,作用在半导体上,光子与半导体反应形成电子与空穴,分别形成正电荷与负电荷,聚集在半导体两端。将两端电极用导线连接后,就会产生流动的电荷,从而产生电能。通过这个原理,便能够将光能转变为电能,并且储存到电池里,再利用相应的调节技术,将转化的电能转变成供人们使用的标准电能。与传统发电方式相比,这种形式既清洁无污染,又无噪声。

光伏发电系统一般可分为混合型、并网型、独立光伏型。比较典型的光伏发电系统由光伏电池阵列、储能系统、逆变器、直流控制系统四大部分组成。

本文将介绍国外主要光伏发电技术研发机构。

1.美国麻省理工大学光伏研究实验室

美国麻省理工大学光伏研究实验室的研究领域包括四个:光伏系统(PV Systems)、晶体硅(Crystalline Silicon)、薄膜(Thin films)和下一代方法(Next-Gen Approaches)。

(1)光伏系统。包括两个方面,一是设计、制造并优化光伏系统,包括大规模和小规模脱盐、远程持续自动传感和灾难救援应用;二是光伏模块可靠性,研究失效机制,分析失效特征,分析根本原因,优化可靠性。

(2)晶体硅。效率优化可大幅降低成本。目前行业内晶硅组件的平均效率为15%,低于单结非晶硅奎伊瑟极限33%的一半,不及热力学太阳能转换极限89%的五分之一。该实验室旨在通过制造工艺消除现有行业效率与这些理论极限值的差距。包括晶片在内的硅材料占据光伏组成成本的五分之二。将晶片厚度由行业标准的180µm降低到20-50µm,可大幅降低成本。该实验室通过合作,开发薄晶片技术,相对于标准的线锯方法,消除切口和锯屑。利用缺陷工程方法和新技术成像英里分布、测量少数载流子寿命,定义薄晶片上的材料缺陷公差,从而获得降低硅材料潜在能力。此外,该实验室开发具有成本效益的制造工艺,目前的批处理技术是资本密集型的,吞吐量较低,需要大量的劳动力和大型工厂,并且与薄晶片和高效设备结构不兼容。该实验室开发了一种新的制造技术,将晶片、电池和组件制造流水线模糊化,在研发组合中突出激光出力的特性,重点是激光—材料之间相互作用的科学研究。

(3)薄膜材料。光伏发电理想的吸收材料应兼具强大的光吸收能力和少数载流子长的特性。但现有光伏材料均只具备其中一项技术特征。该实验室发现硫化锡(SnS)是一种同时优化两项特征的材料,原因在于其具有交错的带隙结构。SnS不仅适合光伏能源转换,同样适用于兆兆瓦级别的发电。高质量的SnS膜可在低温下低成本制造。该实验室的SnS研究聚焦三个方面:一是开发制造高质量SnS膜的快速蒸汽沉积技术;二是开发退火热处理工序,提高SnS膜的结构质量和电子性能,实验采用定制的硫与硫化氢退火炉;三是与哈佛大学合作开发优化SnS与不同电子选区之间的接触面。

(4)新一代技术。该实验室重点开展叠层太阳能电池和太阳能燃料两大新兴技术。

2.新加坡太阳能研究所

该研究所是新加坡太阳能应用研究方面的国家级研究机构,成立于2008年。研究所由新加坡经济发展署的新加坡国家研究基金和新加坡国立大学提供经费,开展太阳能转换和太阳能建筑应用领域的研究、开发、测试和咨询。研究内容覆盖材料、零部件、工序、系统和服务,重点在于太阳能电池、组件和系统。

3.德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所

德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所开展的商业应用方向研究主要涉及四个方面:多晶硅、III-V和聚光光伏发电、新兴光伏技术、光伏模块及发电场。

4.印度德里技术研究所能源研究中心

印度德里技术研究所能源研究中心的光伏实验室致力于光伏系统和装置的研发。25kWp发电机位于建筑顶部。光伏系统包括储能电池和光伏逆变器。逆变器可在独立、电网交互或者混合模式下运行。光伏系统已成功应用在屋顶发电示范项目中。

5.日本产业技术综合研究所光伏研究中心

日本产业技术综合研究所光伏研究中心下属多个研究团队,包括:计量、标准和测量研究小组、光伏系统和应用小组、模块可靠性研究小组、复合半导体薄膜小组、先进工艺小组、智能堆叠设备小组、功能性薄膜小组、先进功能性材料小组。

 

参考文献:

1.  范成忠,太阳能光伏发电技术核心问题与前景展望,工业技术创新,3(6):1296-1298

2.  Photovoltaics research laboratory, http://pv.mit.edu/

3.  Solar Energy Research Institute of Singapore, http://www.seris.nus.edu.sg/achievements/achievements.html

4.  Fraunhofer  ISE, https://www.ise.fraunhofer.de/en/business-areas.html

5.  Center for energy studies, http://ces.iitd.ac.in/

6.  Research center for photovoltaics, http://www.aist.go.jp/aist_e/dept/en_denvene.html

 

 


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