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盘点那些“不太正经”的太阳能光伏发电系统研发者

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echo 发表于 2014-8-15 10:32:51 |显示全部楼层

世间资源如此丰富,有可再生有不可再生,太阳能发电作为一种新兴的可再生能源,不可或缺。如今,对于太阳能发电的利用越来越广,提高光伏发电系统的发电效率是业内一直追求的方向。目前比较常见的提高光伏系统发电效率的手段主要有提高光电转换效率、提高光板有效接受面积和最大功率点跟踪技术等。技术研发是一个枯燥而又持久的活,可是偶尔会有些人并没那么“正经”,甚至不小心研究出一些“偏方”,也给太阳能光伏圈添加了一丝乐趣。

从豆腐中找到太阳能电池“配方”

2014年6月26日出版的《自然》杂志描述了一种制造碲化镉太阳能电池的新配方。这种新配方使用了一种廉价、环保的盐,而此类盐同时也被用在豆腐制作过程中。碲化镉电池在太阳能电池市场中处于领先地位,这种电池是当下使用的光伏发电系统中最具成本效益的一种,但是这些设备仍有改进的余地。制造这些太阳能电池要使用昂贵的含镉盐--氯化镉处理碲化镉,氯化镉这种水溶的有毒材料对工人和环境都有风险。

英国利物浦大学JonanthanMajor和研究团队展示了使用廉价且没有毒性的氯化镁代替碲化镉,可以制造出一样性能的太阳能电池。氯化镁的价格只有氯化镉的百分之一,并且已经在生活中被广泛应用--例如用于地面融冰,用作浴盐和作为生产豆腐的食品添加剂。

研究人员表示,新方法只需要把现有碲化镉电池制造方法中的一步进行简单替换--把氯化镉换成氯化镁,就有潜力把环境风险降到很低,同时在不负面影响设备性能的同时显著降低生产氯化镉太阳能电池的成本。

“鲑鱼味儿”跟猫咪

散发鱼香的组件旨在吸引猫猫,因为它们的唾液有助于电池板表面保持清洁,并以最佳的效率展开运作。

英国科学社会研究所科学家今年4月宣称已发明一种太阳能组件,表面涂层散发着鲑鱼香味。科学家们声称这类设计可将组件的效率提升5%。


在实验室的测试中,研究人员将特制散发着鱼香味道的涂层覆盖在小型屋顶上的光伏电池板上。试验中的两只分别叫Lirpa与Lofo的猫猫不由自主的被鱼香吸引,一连好几个小时均在舔舐电池板的表面。

随后,研究人员采用木勺敲击平底锅吓退猫猫。经研究发现,被猫猫舔舐过的组件表面较原先清洁约25%,直接导致效率效率提升5%。

方向很重要:太阳能电池板东西放

据英国《每日邮报》等媒体7月29日报道,北半球的太阳能板欲吸取最多阳光,传统上均朝向南安装,但英国拉夫堡大学研究发现,太阳能板要发挥最大效率,必须根据太阳的移动调整方向,而非固定朝南。研究指出,设计一种可以灵活移动的太阳能板,上午时分让太阳能板朝向东,而中午一过就把太阳能板朝西移动,可以最大限度发挥其效率。专家强调,太阳能板根本没必要面向南固定安装。根据新的安装办法,当中午和下午电力需求量最大时,上午发的电可以源源不断地供使用,而太阳能板下午发的电,可以供给晚上使用。

这项研究是由拉夫堡大学的拉尔夫˙格沙戈博士领导进行的,拉尔夫介绍说,之前人们一直认为,北半球太阳能板的最佳方位是朝向正南安装,然后根据季节变化向东西调整偏移角度,最大不超过15度。但最新研究发现,最佳的安装朝向应该根据一天当中太阳位置的变换调整,而非固定朝南。之所以会产生新的理论,拉尔夫说,他们综合计算了北半球一年四季太阳的移动规律,发现太阳能板无论朝哪一个方向固定安装,发的电量都最少,尤其是朝南安装,发电量比朝西安装每年约少10%的电量。

拉尔夫说,他和他的同事自己制作了一种可灵活移动的太阳能板,这种太阳能板与水平方向呈一个夹角,它从日出开始工作,一直持续到日落。日出时,研究人员将太阳能板朝东放置,随着太阳方位的变化,发电量持续上升,到正午时达到顶峰。之后他们人为将太阳能板转向,面朝正西方摆放,这时,发电量会较面对正东时有所下降。不过到了下午13点到14之间,发电量又会出现一个新的高峰。拉尔夫说,这一天当中太阳是持续向西移动的随时调整太阳能板的方向,可以保证这一天当中太阳能板都接受光照,从而提高发电量。

考虑到单靠人力移动太阳能板太费劲,拉尔夫和他的团队正在研发一款可自主调整朝向的太阳能支架,按照设计,太阳能板可以在机械支架的支撑下匀速移动,大概在正午时分自动转向,面朝西方摆放。


球形透镜

德国人AndrBroessel开发了一个玻璃球形能源生成器,旨在充分利用太阳光和月光来生成可再生能源。这款设大大提高了能源开发的效率。

他开发这款设备的原因很简单。虽然现在太阳能发电技术趋于成熟,但是效率却一直不高,浪费了很多资源。因此他想到使用透镜原理可以把太阳能汇聚到一起,这样产生的能源效率可能会更高。因此他开发的这个太阳能发电系统类似于一台天文望远镜。上面有球形的透镜,自带跟踪系统,能够像向日葵那样跟着太阳转,尽最大可能吸收太阳光,而透镜的背后是一张太阳能电池板,充分利用一切太阳光。

这套系统的转化太阳能效率相对于普通的太阳能电池板至少提升了35%。而且配合透镜使用,它还可以利用月光发电。

自我冷却

以美国史丹佛大学电子工程系教授ShanhuiFan为首的研究团队,最近发现如何让太阳能板冷却的方法。研究团队在太阳能电池板的表面上安装一层极薄的二氧化硅玻璃,最特别的是,在这上头嵌入极微小的锥状或圆锥状结构,目的是让会产生热能的红外线,经由该结构而达到反射出去的效果,所以太阳能板所吸收到的,是不具热能的可见光能量。

目前这项实验已在实验室完成,未来将移到室外进行测试。而这项发现将有助以降低太阳能板表面温度,估计表面温度将降到摄氏55度,且能提升使用效率和延长使用寿命。至于,如何铺设、确切的数据和整体成本为何,研究团队都未透露,当然如果未来能进一步广泛应用在汽车上头,对崇尚环保的人士来说,会是一个不错的选择。


“超低残渣助焊剂”

田村制作所开发出了在制造太阳能电池模块时使用的助焊剂新产品“超低残渣助焊剂”。该产品可使残留在单元表面妨碍电池受光的助焊剂残渣较以往产品减少60%。太阳能电池模块的制造工序之一是将多个太阳能电池单元串联在一起。该工序用很细的TAB线将太阳能电池单元表面的母线电极和相邻的太阳能电池单元的背面电极连接在一起。

大多使用焊锡来连接。在使用焊锡连接之前,一般会先使用助焊剂,通过除去电极氧化物来提高连接性。但这种助焊剂的扩散面积过大,存在太阳能电池单元的受光面出现白色残留物的问题。白色残渣会妨碍太阳能电池受光。田村制作所认为助焊剂中含有的松香等固体物质是残渣扩散的主要原因,为此新开发出了“超低残渣助焊剂”,该助焊剂减少了松香等固体物质的含量,同时添加了不会变成残渣的新材料。该产品去除氧化物的性能与以往的产品同等。

改变聚合物结构 偶然发现而已

日本理化学研究所(RIKEN)新兴材料科学研究中心新兴分子功能研究小组的大阪至(音译)和同事偶然发现,聚合物结构的小小变化能改变聚合物链的结合状态,从而极大地提高太阳能电池的效率。当光能被聚合物太阳能电池中的聚合物吸收时,电子会被激发到更高的能态以产生高能电子和一个相对应的电子“空穴”。

为了将光能转化为电流,这些电子和空穴必须通过聚合物到达电极,然后再结合,但这个过程会损失很多能量。很多科学家们正在进行各种实验,希望能对这一转化过程做出改进。大阪至和同事使用了一种特殊类型的共聚物进行试验,这一共聚物中含有一个重复的名为PNNT-DT的结构,大阪至解释道:“PNNT-DT很难溶於水,因此,我们希望通过朝其上额外添加烷基侧链使其变得更容易处理。”

就像他们所预想的那样,这种改变大大提高了这种聚合物的可溶性,但“无心插柳柳成荫”,这种改变也大大提高了用这种聚合物制成的太阳能电池的能源转化效率。这种聚合物被当成薄膜置於太阳能电池内,分析表明,这些新的“烷基化”聚合物链会平铺在电池表面而非与表面垂直,从而使得载荷子--电子和空穴与表面垂直而非平行移动,由此,提高了能源转化效率。大阪至说:“这种结构和方向上的变化让太阳能电池的光电转化效率从没有烷基化时的5.5%提高到了现在的8.2%。”


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