聚光光伏产业发展现状浅析

2017-01-10徐顺建肖宗湖罗永平

电源技术 2016年12期

关键词：聚光电站太阳能

欧惠，徐顺建，肖宗湖，罗永平，钟炜

(新余学院新余新能源研究所，江西新余338004)

聚光光伏产业发展现状浅析

欧惠，徐顺建，肖宗湖，罗永平，钟炜

(新余学院新余新能源研究所，江西新余338004)

介绍了聚光光伏技术的研究及应用现状，综述了国内外在聚光光伏方面的应用现状，比较了聚光光伏发电技术与传统光伏硅发电技术，对聚光光伏产业发展前景进行了展望，建议政府和相关企业抓住机遇，整合资源，发挥聚光光伏高效率和低成本等优势，以促进其产业化进程。

聚光光伏技术；多结聚光电池；应用

聚光光伏发电系统主要是由聚光组件、太阳跟踪器、系统支架等装置组成。利用聚光器进行聚光，一方面可以提高单位面积太阳能辐射量，将太阳光聚集到很小的高性能太阳能光伏电池表面，从而提高辐射能量密度、提高单位面积太阳电池的输出功率，一定程度上克服了太阳能量的分散性；另一方面，通过使用价格低廉的材料制造的聚光器，从而可以达到降低昂贵的太阳电池材料的使用量和光伏发电系统总成本[1]。聚光光伏发电比其他太阳能发电模式更节省土地资源，在同样的占地面积下，聚光光伏发电可以产生的电能是传统的太阳能光伏发电的两倍。相对于传统的光伏发电，聚光光伏发电有明显的优势。本文对聚光光伏产业进行了分析，为聚光光伏发电系统的建设提供有益的参考。

1 聚光光伏技术的现状

使用晶硅电池和薄膜电池进行光电转换，分别是第一、第二代太阳能利用技术，均已得到了广泛应用。利用光学元件将太阳光汇聚后再进行利用发电的聚光光伏(CPV)技术，被认为是太阳能发电未来发展的第三代技术。

聚光光伏在20世纪70年代第一次石油危机期间开始发展。美国Sandia实验室最早开始聚光光伏系统的研究，随后美国的Spectrolab与Sandia实验室合作进一步开发聚光光伏系统。20世纪80年代，法国、意大利、西班牙等地也陆续发展并安装了与Sandia实验室原型相近的系统。1989年聚光光伏的效率首次突破30%。20世纪90年代以后，随着Ⅲ-Ⅴ族(如砷化镓)电池技术的发展，可靠性技术的提高，聚光光伏技术发展开始加速。

据数据显示，目前采用Ⅲ-Ⅴ多结聚光电池的聚光光伏系统的平均发电成本约为2.5欧元/Wp(约合20.7元/Wp)，而多晶硅光伏系统的发电成本约为11.0元/Wp[2]。但是，聚光技术正逐渐走向成熟，据预测，到2020年，使用光电转换效率超41%的Ⅲ-Ⅴ多结聚光电池的光伏系统发电效率将有望达到33%左右，聚光光伏系统的售价将会下降到1.0美元/Wp(6.3元/Wp)[3]。

2 聚光光伏技术的应用前景

目前，国内外光伏组件的发电重点是提高非聚光的平板太阳电池组件光电转换效率，同时发展聚光光伏发电组件和薄膜电池组件。聚光光伏发电组件在美国、德国和澳大利亚等国已经达到规模化生产水平，而国内仅有少数公司正在开发这种产品。

根据聚光光伏的技术特性，即要求其安装的全年太阳辐射强度达到1 800 kWh/m2以上，全球满足这一条件的地区主要包括：美国西南部、欧洲南部、非洲北部南部、中东地区及澳大利亚，我国西北部部分地区也具备建设聚光光伏系统的较好自然条件。聚光光伏发电组件由于结构尺寸较大和需要对日跟踪，市场主要定位在乡村、台站、家用中型离网光伏电站及大型并网光伏发电电站。

在目前聚光光伏系统产量仍十分有限的情况下，许多系统及部件制造商在生产过程中仍然使用着大量的人工操作，尤其是在组件装配等环节，未来一旦有了规模效应，大规模自动化生产将是必然的趋势，成本也会低于多晶硅。同时，聚光光伏发电量比多晶硅多一倍，未来对太阳能产业将产生颠覆性影响。在这一工程化聚光光伏系统正处于初级时期，或许会是国内企业发挥“中国制造”成本优势的大好机会，一些具有相关技术能力的国内企业若能借此机会在这一新兴市场上确立先发优势，未来的成长空间巨大。

3 目前聚光光伏技术全球应用态势

经过30多年的发展，高倍聚光光伏(HCPV)电池作为第三代太阳能发电技术正逐渐成为太阳能领域的新焦点，引起了行业内企业的追逐。目前，在日光照射较好的几个欧美国家，已通过了优惠的上网电价法。随着具有40%以上光电转换效率的Ⅲ-V族半导体多结太阳电池的普及和成本下降，高倍聚光光伏电池市场进入快速增长期，高倍聚光光伏发电系统逐渐被商业化应用,并形成了一些有影响力的公司,如Entech、Amonix、Concentrix Solar GmbH等。

3.1 国外聚光光伏技术的应用现状

美国Amonix公司研发的集成高效率聚光硅光伏电池发电系统(IHCPV),已经应用到很多场所。例如：美国Guascor Foton公司于2007年在西班牙安装了6 MW光伏发电系统，至2008年累计安装了15 MW的Amonix公司基于硅太阳电池的高倍聚光光伏系统。

美国Emcore公司于2008年达到每年150 MW的生产规模，现已在河北廊坊设立聚光电池模块封装厂。

西班牙的Isofoton采用自行设计的两级透镜实现聚光1 000倍，已经可提供产能为10 MW的自动生产线。

德国Concentrix Solar GmbH公司于2008年开始进行聚光光伏系统模型试验。

以色列ZenithSolar公司于2009年5月在以色列阿什杜德(Ashdod)东部沿海平原上的一个公共农业定居点，建成首个具有太阳能发电和热水回收双重功能的太阳能光伏电厂。该电厂由16台该发电装置组成，全年可发电150 MWh，产生热能300 MWh，总能源转换效率达70%以上，能够满足该社区一半的能源需求。

澳大利亚Silex Systems Ltd的分公司Solar Systems在维多利亚米尔迪拉(Mildura)的2 MW聚光光伏太阳能发电厂于2012年进入建设阶段。该2 MW发电厂仅是样板项目，该开发商计划在2016年最终将其建设成为100 MW太阳能农场。

Godawari聚光太阳能项目总装机容量为50 MW，位于印度拉贾斯坦邦，是印度首个采用先进的聚光太阳能抛物面槽式技术的光热电站。该项目拥有大约40万平方米的太阳能采光面积，预计在实现全部产能后年发电量将达到11.8万兆瓦时。

3.2 国内聚光光伏技术的应用现状

目前国内涉足聚光光伏系统及部件制造的企业不是太多，上市公司主要有苏州东山精密制造股份有限公司、广东万家乐股份有限公司 (广东省佛山市)、三安光电股份有限公司(厦门)、北方光电股份有限公司(湖北、陕西)、浙江水晶光电科技股份有限公司(浙江省台州市)、利达光电股份有限公司(河南省南阳市)等几家。其中，北方光电股份有限公司的控股子公司天达光伏在云南昆明石林太阳能光伏并网电站20兆瓦实验示范项目中负责提供7.1 MW太阳能组件。下面重点介绍近几年国内相关企业的聚光光伏项目。

上海聚恒太阳能有限公司已在中国的青海、甘肃、山东、北京、河北、云南等地及欧洲南部与当地合作伙伴一起建设了多个高倍聚光光伏电站。其中包括：山东威海10 kW、山东青岛200 kW、云南石林20 kW、甘肃嘉峪关10 kW、河北尚义10.8 kW、山东德州10.8 kW、河北张北54 kW、青海格尔木700 kW、甘肃酒泉108 kW等多个聚光光伏电站。

南阳鑫众投资公司于2011年10月在河南省南阳市建设高效聚光光伏电站项目(金太阳示范工程)，该项目以南阳鑫众投资有限公司为实施主体，以利达光电股份有限公司为技术依托，总投资1 300万元，其中国家财政补助资金465万元，总装机容量300 kW，安装面积9 750平方米，共可发电约1 220万度。

临沂巨皇新能源科技发展有限公司与台湾禧通科技股份有限公司(M-Com)在山东省临沂市合资兴建总装机容量为20 MW聚光光伏电站，总投资额为8 800万美元。第一期1 MW在2010年12月并网，第二期9 MW在2011年10月并网，第三期10 MW在2012年10月并网。

国电电力青海格尔木兆瓦级高倍聚光光伏电站于2011年底正式并网发电。该项目由国电光伏承建，其中700 kW高倍聚光系统采用聚恒太阳能产品。

神光新能源股份有限公司拟在格尔木市分六期建设2 000 MW高倍聚光光伏电站。其中，一期建设规模为50 MW，占地约246万平方米，总投资约12亿元。电站建成后，首年发电量为9 675.1万kWh，25年的总发电量约为24亿kWh。

4 聚光光伏发电与光伏硅电池发电的比较

与晶硅和薄膜型平板式太阳能发电系统相比，聚光光伏因其高转换效率和小得多的半导体材料用量，是最具有发展成为大型支撑电源潜力的太阳能发电方式，有望成为未来重要洁净电源。通过简单复制的规模化部署，单一聚光光伏电厂可以轻易达到MW级规模，未来这一数字甚至有望达到100 MW。表1具体对高倍聚光光伏发电技术与光伏硅电池发电技术进行比较[4－6]。

5 前景展望

我国太阳能资源十分丰富，据预测到2050年，在水电、核电、风能等新型能源充分开发以及光伏建筑集成充分发展情况下，大规模光伏发电电站方式仍需至少装机500 GW[7]。目前，聚光技术正逐渐成熟，Ⅲ-Ⅴ多结聚光电池的效率和成本优势逐渐体现，而且，从生命周期成本前景看，聚光光伏比某些地区的传统光伏大型地面安装系统更具竞争力，聚光光伏必然成为国内未来光伏的一个重要发展方向。

对比国内外聚光光伏技术应用现状，可见聚光光伏的发展已经得到广泛认可，高效聚光光伏的规模应用正在加速，但由于聚光光伏制作工艺复杂、集成系统性要求高、技术难度大等原因，国内涉足这一领域的企业不是太多，生产规模仍然较小。目前，国内已经具有Ⅲ-Ⅴ多结聚光电池研发力量，聚光光伏所涉及的技术在国内均有成熟的或可以借鉴的技术，以此为基础瞄准国际光伏电池新材料及器件研究的前沿，建议政府加大对聚光光伏产业的支持，通过整合就可以在国内聚光光伏产业发展方面取得突破性进展。

表1 聚光光伏发电与光伏硅电池发电的比较

[1]陈诺夫，白一鸣.聚光光伏系统[J].物理，2007(11)：862-868.

[2]马胜红，李斌，陈东兵，等.中国光伏发电成本、价格及技术进步作用的分析[J].太阳能，2010(4)：6-13.

[3]MCCONNELL R，SYMKO-DAVIS M.DOE high performance concentrator PV project[C]//International Conference on Solar Concentrators for the Generation of Electricity or Hydrogen，Arizona：ICSCGEH，2005.

[4]史珺.光伏发电成本的数学模型分析[J].太阳能，2012(2)：53-58.

[5]高飞，谢冀江，张来明.光伏聚光器的研究现状及发展趋势[J].太阳能，2012(7)：11-16.

[6]邓赞高，胡立伟，杜长泉.浅析我国太阳能光伏发电市场发展的趋势[J].珠江现代建设，2009(5)：29-31.

[7]胡学浩，周孝信，白晓民，等.极大规模发电在我国的发展前景展望[J].科技导报，2004，11：4-8.

Analysis on present development of concentrating photovoltaic industry

The research and application status of concentrator photovoltaic technology were reviewed.The application status of concentrator photovoltaic was explained home and abroad.The concentrator photovoltaic power generation technology was compared with traditional silicon photovoltaic power generation technology.In accordance to the fast development pace, concentrator photovoltaic systems would have great prospects.It was suggested that the government and related enterprises seized the opportunity,integrated resources,gave full play to the advantages of concentrating photovoltaic high efficiency and low cost,so as to promote the industrialization process.

concentrating photo voltaic technology;multijunction concentrator cells;application

TM914

1002-087X(2016)12-2492-03