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CIS類將成為發(fā)電效率最高的太陽能電池

   2012-04-23 24780
核心提示:從提高太陽能電池性能所需的3項技術要素來看,CIS可以說滿足了所有條件。 使用其他材料的太陽能電池與CIS太陽能電池的比較 那么,使
        從“提高太陽能電池性能所需的3項技術要素”來看,CIS可以說滿足了所有條件。

使用其他材料的太陽能電池與CIS太陽能電池的比較

        那么,使用CIS與使用其他材料的太陽能電池相比有何不同呢?

        “CIS半導體可以說是太陽能電池材料中最為均衡的物質。”

太陽能電池的種類和特征(出處:獨立行政法人日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所光伏發(fā)電研究中心

        讓我們來具體進行分析。

        首先,與“薄膜硅”相比,結果會是怎樣?

        “制作1平方米薄膜硅的成本低廉。但是,由于轉換效率低,達到與CIS相同的功率需要其兩倍的面積。制造太陽能電池最消耗能源的是玻璃,其次是鋁框架。因為最消耗能源的玻璃加倍,制造的鋁框架也必須增加,所以薄膜硅在成本上不劃算。”

        與有機類色素增感型比較的結果如何? 

        “與薄膜硅類一樣,因為轉換效率低,在制造達到實用水平的產(chǎn)品時,總生產(chǎn)成本居高不下。因為需要電解質溶液,所以無法確保穩(wěn)定性,而且沒有耐久性。不過,如果能夠實現(xiàn)若干革新性改進,這種電池也是有前途的。”

        那么,相比與CIS同屬“化合物類”的“鎘(Cd)碲(Te)”薄膜太陽能電池又是如何?

        “一提到鎘,估計大多數(shù)人都會想到毒性。而且,碲也是具有毒性的物質。CdTe太陽能電池的實際結構是CdS/CdTe的形式,因此鎘(Cd)的使用量較多。雖然有研究報告稱化合物CdTe的毒性低于這兩種金屬各自的毒性,但從設置到廢棄,各個環(huán)節(jié)估計都需要嚴加管理。而且,鎘和碲都是稀有金屬,今后要大量普及,材料采購將成為非常重大的課題。”

        如此一來,CIS最大的對手果然還是結晶硅類。

        前面已經(jīng)說過,使用CIS不僅可削減電池厚度,而且材料成本和能源成本也相應降低。另一方面,“轉換效率不及結晶硅類”一直是CIS的弱點。栗谷川本部長自信地說:“不過,現(xiàn)在的CIS在轉換效率方面已經(jīng)與結晶硅類相差無幾。在不久的未來,幾年內(nèi)人們就會認識到CIS是轉換效率最高的太陽能電池。”

        “從市面上的太陽能電池來看,轉換效率最高的多晶硅剛剛逼近18%。但模塊化之際,效率會降低1~2個百分點,實際效率估計在15~16%之間。而CIS太陽能電池包括死區(qū)在內(nèi),在具有所有模塊要素的30cm見方的狀態(tài)下,轉換效率已經(jīng)達到了17.2%。”

        由此可見,近年來一直被視為CIS太陽能電池弱點的“轉換效率”也已經(jīng)提高到了與結晶硅類匹敵的程度。

CIS類太陽能電池的能源轉換效率。2011年3月在厚木調(diào)查中心,Solar Frontier的CIS薄膜太陽能電池以30cm見方的子模塊開口部面積(包含面板間的縫隙等死區(qū)的面積)實現(xiàn)了世界最高的能量轉換效率17.20%。

CIS太陽能電池在實際發(fā)電中發(fā)揮優(yōu)勢

        轉換效率提高到頂級的CIS薄膜太陽能電池的實力在實際利用太陽光發(fā)電時得到充分發(fā)揮。已有驗證結果表明“CIS太陽能電池幾乎通年都比其他種類的太陽能電池發(fā)電量多”。最終CIS太陽能電池與結晶硅類太陽能電池相比,一年里也多發(fā)電約8%。

CIS太陽能電池與結晶硅類太陽能電池的發(fā)電量比較
【比較項目】1kW系統(tǒng)發(fā)電容量的平均實際發(fā)電量(kWh/kWp)
【數(shù)據(jù)收集條件】2009年9月~2010年8月 Solar Frontier室外評價系統(tǒng)
●結晶硅類太陽能電池:SJK175(175W)8串聯(lián)×3并聯(lián) 4.20kw
●CIS太陽能電池:SC75-A(75W)5串聯(lián)×6并聯(lián) 2.25kW
●設置場所:神奈川縣厚木市(Solar Frontier 厚木調(diào)查中心內(nèi))
●設置條件:正南偏東20度,經(jīng)緯角20度,設置于平屋頂上。(點擊放大)

        之所以產(chǎn)生如此差距,栗谷川解釋說:“一個原因是光照效應。這一點在本公司的CIS太陽能電池上體現(xiàn)的尤為明顯,由于照射太陽光后有轉換效率增加的現(xiàn)象,因此,從接到的反饋來看,輸出功率比工廠供貨時要高出5~10%左右。”簡直就像受到光照而成長一樣輸出功率會升高。

        而且,在實際使用條件下,當組裝成“太陽能電池板”實際投入使用后,還會顯示出CIS太陽能電池的優(yōu)勢。

        “首先可以舉出的是‘CIS太陽能電池不怕陰影’。”

        結晶硅類太陽能電池是由幾厘米到十幾厘米見方的硅晶模塊串聯(lián)而成。如果其中之一被樹影遮擋,或是因臟污而無法發(fā)電,串聯(lián)電路就會斷路,導致整塊面板停止發(fā)電。

        但CIS太陽能電池是在不到1.7平米的長方形面板上排列寬度為數(shù)毫米的細長條狀模塊,就算有陰影遮擋,或是部分臟污,也不會出現(xiàn)整個模塊癱瘓的現(xiàn)象。因此,串聯(lián)電路也不會斷路,發(fā)電也可以正常進行。

(點擊放大) (點擊放大)

        如此一來,在部分面板受到遮擋時,CIS太陽能電池與結晶硅類太陽能電池在發(fā)電能力上就會產(chǎn)生很大的差異。

        而且,太陽能電池有溫度越高發(fā)電能力越低的性質。因此,太陽能電池板的發(fā)電量也與“太陽能電池是否耐高溫”密切相關。

        “化合物類的溫度系數(shù)比結晶硅低。也就是說,即使受太陽光照射,溫度上升,與結晶硅類太陽能電池相比,CIS太陽能電池的發(fā)電功率并不會有太大的下降。”

        不怕陰影、受到光照發(fā)電效率增加、耐高溫。

        這3個條件造就了CIS太陽能電池優(yōu)秀的實際發(fā)電能力。

        不過,既然如此優(yōu)秀,為何制造銷售CIS太陽能電池的卻只有Solar Frontier一家?

        “這個問題的答案與我們?yōu)槭裁磸?0年前就開始進行研究,但著手推出CIS太陽能電池商品卻是在幾年前的原因是一樣的。”

        “穩(wěn)定且大量地制造大面積的CIS太陽能電池在技術上非常困難。為了實現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn),我們20年來一直都在進行研究和開發(fā),不斷磨煉技術。我們的優(yōu)勢在于同時開展了工藝開發(fā)和裝置開發(fā)。這一點意義重大”,道出這番話時,栗谷川本部長的眼中閃爍著自信的光芒。《日經(jīng)流行信息網(wǎng)》特約撰稿人:佐保圭)
 
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