商業(yè)化光伏新技術(shù)

在現(xiàn)在的生活中，太陽(yáng)能產(chǎn)品處處可見(jiàn)，人們用太陽(yáng)能煮飯，還有太陽(yáng)能熱水器等等，無(wú)處不見(jiàn)太陽(yáng)能產(chǎn)品，當(dāng)然，最重要的還是太陽(yáng)能發(fā)電，但是目前的技術(shù)并不能讓人們很好利用太陽(yáng)能發(fā)電。為了增強(qiáng)美國(guó)的創(chuàng)造力并重新確立市場(chǎng)上的國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)地位，美國(guó)能源部開(kāi)展了“美國(guó)制造太陽(yáng)能獎(jiǎng)”，以刺激制造，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的解決方案和產(chǎn)品，獎(jiǎng)勵(lì)和挑戰(zhàn)有助于破壞該領(lǐng)域的傳統(tǒng)思維，并介紹、擴(kuò)展和發(fā)展可能的方法。

每一輪獎(jiǎng)項(xiàng)將在不到一年的時(shí)間內(nèi)將新技術(shù)帶入商業(yè)前的準(zhǔn)備階段，驗(yàn)證早期產(chǎn)品或測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)，以確保新想法進(jìn)入市場(chǎng)。每個(gè)團(tuán)隊(duì)將獲得50,000美元的現(xiàn)金獎(jiǎng)勵(lì)，并有資格參加下一階段的比賽。作為比賽的一部分，參賽團(tuán)隊(duì)還可以訪問(wèn)DOE國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，技術(shù)孵化器和加速器，風(fēng)險(xiǎn)投資公司，天使投資人以及行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)是“美國(guó)制造挑戰(zhàn)賽”的獎(jiǎng)項(xiàng)管理員。

2月11日，美國(guó)能源部(DOE)從120個(gè)提案中宣布了20個(gè)獲邀參加美國(guó)制造太陽(yáng)能獎(jiǎng)第3輪下一階段競(jìng)賽的競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)。這些項(xiàng)目將解決與新型太陽(yáng)能應(yīng)用(如農(nóng)業(yè))相關(guān)的挑戰(zhàn)，并展示在電網(wǎng)故障時(shí)如何利用太陽(yáng)能提供備用電源。其中9個(gè)團(tuán)隊(duì)涉及太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品及材料技術(shù)的發(fā)展，11個(gè)團(tuán)隊(duì)將解決與太陽(yáng)能如何與電網(wǎng)整合有關(guān)的挑戰(zhàn)。

這些項(xiàng)目對(duì)于國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和廠商有重要的參考價(jià)值，能啟發(fā)您潛在的商機(jī)和創(chuàng)新產(chǎn)品。跟TestPV一起來(lái)了解其中的9個(gè)光伏產(chǎn)品及材料獎(jiǎng)項(xiàng)目：

光伏：

1.耐用減反射和自清潔玻璃

研發(fā)具有增強(qiáng)寬帶和廣角抗反射、抗污染和自清潔功能的耐用光伏玻璃。團(tuán)隊(duì)正在尋找成熟的玻璃制造商作為合作伙伴，幫助提供光伏或玻璃行業(yè)的驗(yàn)證方法，合作伙伴具有組件戶外和耐久性測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，能提供組件耐久性測(cè)試裝置如濕熱熱室、組件現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)施等。擬議的技術(shù)包括問(wèn)題4下的計(jì)劃中所述的以下五項(xiàng)任務(wù)。

開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展的蝕刻方法，在大面積玻璃上生成各種減反射納米結(jié)構(gòu)。

表征納米結(jié)構(gòu)玻璃的光學(xué)和親/疏水性能;測(cè)試玻璃防污染和自清潔性能;測(cè)試玻璃抗劃傷性和機(jī)械耐久性;采用該納米結(jié)構(gòu)玻璃制作光伏電池并進(jìn)行效率測(cè)量

2.PV雙面及柔性組件用透明聚合物阻隔膜

Dunmore公司的項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)能支持雙面組件應(yīng)用的透明薄膜。該透明薄膜將來(lái)還能用作戶外光伏組件的修復(fù)膠帶、特殊雙面應(yīng)用的金屬化及壓印膜、太陽(yáng)能集熱器薄膜、提高雙面組件發(fā)電效率的發(fā)射膜、反射網(wǎng)格、BIPV材料、堅(jiān)韌的專業(yè)光伏膜，以及航天、交通、便攜式應(yīng)用專業(yè)膜。

Dunmore認(rèn)為，該透明阻隔膜的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)包括：

為多層結(jié)構(gòu)選擇和篩選合適的薄膜和粘合劑產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初始測(cè)試和驗(yàn)證，包括透明度和阻隔性能對(duì)阻隔膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)期測(cè)試，以確保設(shè)計(jì)足夠堅(jiān)固最重要的是，展示材料在極端溫度、紫外線和濕氣下的長(zhǎng)期性能加速老化試驗(yàn)(如250到3000小時(shí)的雙八五試驗(yàn)，證明材料能使用20年或更長(zhǎng)時(shí)間，了解潛在的失效模式和現(xiàn)場(chǎng)使用壽命)

Dunmore還將通過(guò)NREL進(jìn)行阻隔膜的機(jī)械試驗(yàn)、水汽傳輸率(MVTR)、分光光度法顏色、透光率和稠度測(cè)試、電氣試驗(yàn)、太陽(yáng)模擬氙燈試驗(yàn)、剝離強(qiáng)度和與密封劑的附著力測(cè)試(濕熱試驗(yàn)后)、組件測(cè)試。通過(guò)與潛在的組件制造商合作，將透明膜用作組件前板或后板進(jìn)行層壓封裝測(cè)試，并對(duì)封裝后的組件進(jìn)行戶外應(yīng)用和老化測(cè)試。

3.高效簡(jiǎn)單的光伏支架系統(tǒng)

跟蹤支架比固定支架能幫助光伏組件多發(fā)電20%以上，因而單軸跟蹤系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于地面電站，但并未被其它市場(chǎng)接受。Pursuit Solar認(rèn)為這主要是傳統(tǒng)的單軸跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，跟蹤電子模塊依賴非獨(dú)立直流電力供應(yīng)(有時(shí)用電池)、電機(jī)(線性執(zhí)行器或回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng))、控制軟件、輻照度傳感器及通信網(wǎng)絡(luò)。再者，傳統(tǒng)單軸跟蹤系統(tǒng)成本較高，安裝技術(shù)復(fù)雜，調(diào)試麻煩，系統(tǒng)可靠性還差，運(yùn)行維護(hù)多。

因此，Pursuit Solar 公司將開(kāi)發(fā)一種無(wú)馬達(dá)、無(wú)控制系統(tǒng)、不消耗外部電力、維護(hù)簡(jiǎn)單的光伏跟蹤支架。

該設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：

跟蹤更加簡(jiǎn)單– 完全由太陽(yáng)驅(qū)動(dòng)并定位，系統(tǒng)本身只有運(yùn)動(dòng)部件，無(wú)需電網(wǎng)或電池供電;部件成本更低– 部件越少，成本越低，無(wú)論是采購(gòu)、安裝或是維護(hù)成本;跟蹤更加可靠– 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)基于成熟的熱工液壓原理。

Pursuit Solar認(rèn)為，該產(chǎn)品尤其適合于戶用、工商業(yè)、農(nóng)業(yè)及小型地面光伏電站。

4.PV WaRD水分析軟件

參賽團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)量化的水測(cè)量系統(tǒng)，以幫助解決光伏組件中與水分相關(guān)的故障。該系統(tǒng)采用非接觸的無(wú)損技術(shù)，測(cè)量光伏組件內(nèi)的水分含量，為預(yù)測(cè)組件的長(zhǎng)期衰減機(jī)理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

組件應(yīng)用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)封裝材料變黃、分層和接觸腐蝕，組件內(nèi)水分的存在會(huì)加速這種變化。因此，該項(xiàng)目假設(shè)組件衰減與組件生命周期中不同階段的含水量有某種函數(shù)關(guān)系，通過(guò)組件內(nèi)部含水量的變化評(píng)估組件可能的發(fā)電量損失，為保險(xiǎn)或投資運(yùn)營(yíng)提供重要參考。

該技術(shù)設(shè)想有兩種應(yīng)用方式：

一：作為評(píng)估工具來(lái)確定水分對(duì)已安裝光伏組件的影響;

通過(guò)與公用事業(yè)公司合作，在不中斷正常運(yùn)營(yíng)的情況下對(duì)已部署的組件進(jìn)行濕度和性能測(cè)試。與NREL已經(jīng)進(jìn)行的組件加速老化和耐用性測(cè)試數(shù)據(jù)綜合，深入了解水分在測(cè)試中的作用。

二：作為組件制造的質(zhì)量控制工具。

與組件制造商合作，在制造和質(zhì)量控制測(cè)試階段的不同階段測(cè)量含水量，重點(diǎn)放在濕熱測(cè)試前后。根據(jù)結(jié)果，進(jìn)而通過(guò)去除多余水分啟動(dòng)二次測(cè)量。該結(jié)果能夠評(píng)估潛在的成本節(jié)約、產(chǎn)量提高以及濕度監(jiān)測(cè)對(duì)產(chǎn)量的影響

項(xiàng)目需要定制加工和數(shù)字化處理信息數(shù)據(jù)，與行業(yè)投資商一起濕度相關(guān)的衰減預(yù)測(cè)對(duì)組件安裝和保險(xiǎn)成本的影響，提高對(duì)新保險(xiǎn)和整個(gè)項(xiàng)目承保的信心，在項(xiàng)目索賠中，通過(guò)這些測(cè)量分析項(xiàng)目失效的原因，例如定量地顯示暴風(fēng)雨對(duì)發(fā)電量損失和對(duì)未來(lái)性能的預(yù)期影響。

5.遠(yuǎn)程部署的光伏組件

如果你的屋頂或地面有時(shí)要派用場(chǎng)，那你就無(wú)法安裝固定的光伏陣列。因此，Rise Energy Systems公司(RES)準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)一種新的工商業(yè)及戶用光伏安裝，目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)可遠(yuǎn)程部署的光伏陣列，當(dāng)現(xiàn)有鋪設(shè)區(qū)域不被使用時(shí)安裝，使用時(shí)收起，為那些沒(méi)有合適屋頂?shù)娜颂峁┨?yáng)能接入，降低軟成本，增加清潔周期，降低所需的支架成本。

該系統(tǒng)需要進(jìn)行電氣、機(jī)械和風(fēng)荷載試驗(yàn)。電氣試驗(yàn)確定發(fā)電性能和安全，機(jī)械測(cè)試驗(yàn)證組件是否能縮回到存儲(chǔ)容器中，大型風(fēng)洞測(cè)試以確定自動(dòng)退縮機(jī)構(gòu)失靈的情況和災(zāi)難性故障下最大的安全風(fēng)速。

6.機(jī)器人技術(shù)改變了光伏電站的景觀

光伏電站的除草對(duì)于電站運(yùn)維至關(guān)重要，盡管中國(guó)的光伏電站有“光伏羊”除草創(chuàng)意。人工除草對(duì)于大型光伏電站成本較高，除草劑對(duì)環(huán)保不利。本項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)一種除草機(jī)器人，優(yōu)化切削刀片設(shè)計(jì)，優(yōu)化電池壽命、維護(hù)間隔、割草頻率、割草質(zhì)量和噪音水平，能使用光伏電力。此外，機(jī)器人還要自動(dòng)識(shí)別柱子、柵欄等障礙物，并能維護(hù)靠近柱子和柵欄的植被。

7.雪地光伏組件

寒冷地區(qū)的大雪對(duì)于光伏電站的發(fā)電和運(yùn)維是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。NREL數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)受影響地區(qū)每年的光伏風(fēng)險(xiǎn)損失為2-16%，北方地區(qū)的因大雪導(dǎo)致的光伏發(fā)電量損失達(dá)10-16%，極端情況下，更北部的地區(qū)光伏發(fā)電量損失可能達(dá)到40%。傳統(tǒng)的光伏組件不是為冰雪條件而設(shè)計(jì)的，因此降雪會(huì)影響光伏組件壽命和維護(hù)成本。

項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)出一種解決方案，使用標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)能電池板制造技術(shù)，創(chuàng)建一個(gè)優(yōu)化的太陽(yáng)能電池板，以減少冰雪造成的損失。

在原型設(shè)計(jì)中，項(xiàng)目計(jì)劃使用彎曲的金屬板作為組件的后框架，其納米加熱技術(shù)比普通的電阻加熱效率提高2.5倍。

8.跟蹤支架基座Tacker Sleds

農(nóng)場(chǎng)為了改善土壤健康，會(huì)盡量少用化肥，因此會(huì)將某塊地進(jìn)行覆蓋植被與經(jīng)濟(jì)作物輪換種植，這也增加生物多樣性，減少水土流失。

本項(xiàng)目發(fā)明的跟蹤系統(tǒng)基座就是為了讓農(nóng)場(chǎng)方便地將底座在覆蓋植被用地和經(jīng)濟(jì)作物用地之間轉(zhuǎn)運(yùn)，讓光伏跟蹤支架系統(tǒng)從固定式變成移動(dòng)式。。

9. 光伏簡(jiǎn)單組裝套件

太陽(yáng)能無(wú)處不在，但太陽(yáng)能系統(tǒng)并非處處可在。在一些不具備光伏陣列安裝條件，卻需要使用光伏發(fā)電的場(chǎng)合，這種簡(jiǎn)單的光伏組裝套件便成為一種很好的選擇。

這種光伏套件，可隨時(shí)移動(dòng)，安裝快速簡(jiǎn)單，沒(méi)有常見(jiàn)的屋頂光伏如遮陽(yáng)、坡度、方向、屋頂年限、攀爬等問(wèn)題，用戶能夠隨時(shí)帶到下一個(gè)需要的地方。一般DIY用戶可以完成組裝，只需要一名電工完成與電網(wǎng)的最終連接，減少安裝成本。能為“能源孤島”提供太陽(yáng)能+存儲(chǔ)能力，提高社區(qū)的能源彈性。產(chǎn)品可設(shè)計(jì)為美觀的有機(jī)外觀(綠色/棕色)或現(xiàn)代(銀色/黑色)。

產(chǎn)品增加了許多主要的、目前尚未開(kāi)發(fā)光伏，卻陽(yáng)光充足地區(qū)的太陽(yáng)能利用率，如家裝和家居用品商店、賣場(chǎng)、臨時(shí)建筑，一些為行人和車輛提供清潔能源、遮陽(yáng)的商業(yè)和民用場(chǎng)所，提升場(chǎng)所的“綠色”形象，也適于災(zāi)后恢復(fù)、新建筑區(qū)域、節(jié)日等半永久性建筑。如果某一天人們能高效利用太陽(yáng)能，相信能解決很大的能源問(wèn)題，畢竟太陽(yáng)能是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的，能保證人類的永續(xù)發(fā)展，需要我們科研人員更加努力。