The Future Of Solar Energy: High Concentrated Photovoltaic (CPV) Celler

Skrevet Av Olivier Loidi

i August 2018 lanserte ennomotive en sirkulær økonomi utfordring for å finne måter å gjenbruke avfall som finnes i gruveavganger.

i 6 uker tok 74 ingeniører fra 30 land utfordringen og sendte inn ulike løsninger. Etter en grundig evaluering ble løsningene som best oppfylte evalueringskriteriene levert av Cliff Edwards, Fra Canada, Og Oliver Loidi, Fra Frankrike.

ennomotive ba Olivier om å skrive en artikkel om et emne han liker, og her er hans syn på fremtiden for solenergi og den høyt konsentrerte fotovoltaiske.

Solenergi er nøkkelen for å dempe global oppvarming, jeg tror virkelig det. Faktisk, for ti år siden jobbet jeg aktivt på dette feltet og mest spesielt i det høye konsentrasjonsfotovoltaiske feltet (CPV). På den tiden ble det sett på som en sann konkurrent for standard PV-paneler, men år med aggressiv prisdumping har alvorlig undergravet utviklingen.

den kortsiktige tilnærmingen til ‘lav kapitalkostnad/lav levetid’ av standard PV ser ut til å være mye mer fristende enn den klokere ‘moderate initial cost/long lifespan’ – banen, selv med mer enn dobbelt effektivitet.

nå som standard solpaneler begynner å konkurrere gunstig med kull og gass og CPV-selskaper som fortsatt sliter med å overleve, kan det være lett å konkludere med at kampen allerede er over. Forskningen er imidlertid fortsatt sterk for å redusere kapitalkostnadsgapet, og hvis terskelen er nådd, kan det bane vei for et massivt comeback for CPV.

I denne artikkelen vil jeg prøve å forklare fordeler og ulemper MED CPV-teknologiene sammen med mine personlige syn på hva som bør forbedres for å gjøre det vellykket.

Hva Er Høy Konsentrasjon Photovoltaic?

PRINSIPPET MED CPV er å fokusere sollys på en ekstremt høyeffektiv solcelle som ellers ville være for dyrt å bruke direkte.

disse eksepsjonelle robuste solcellene, vanligvis laget for rom eller militære applikasjoner, kan håndtere et konsentrasjonsforhold på tusen eller mer og fortsatt være nesten tre ganger mer effektive enn en tradisjonell PV-celle laget av silisium (Si-Pv).

denne tilnærmingen har sine egne ulemper: den må være direkte orientert mot solen og utstyrt med konsentrasjonsoptikk.

typer optikk

• Transmissiv:

Forstørrelsesglass kan brukes, men den mer elegante Fresnel linse design er den mest brukte.

• Reflekterende:

det innebærer å konsentrere sollys med speil som vanligvis har en parabolisk form. Systemer som bruker en refleksjon eksisterer, men Det mest populære designet er avledet Fra Cassegrain-teleskopet, som tillater mindre komplisert solcelleplassering.

Fordeler MED CPV over normale solcellepaneler

• Effektivitet

de beste kommersielle silisiumsolceller topper ved 21% effektivitet, mens flere kryssceller som brukes TIL CPV, kan nå 46% og fortsatt forbedres, kan dette gapet i ytelse observeres på modulnivå selv med høye optiske tap for CPV.

• Meget stabil ytelse under høy temperatur

Silisium solceller ytelse er svært temperaturfølsom med en temperaturkoeffisient på ca -0.5% per °C, noe som betyr at den for hver grad over 25° (eller 20°c avhengig av produsent) mister 0.5% av ytelsen.

Dette ser ikke ut til å være mye, men om sommeren er det ikke sjelden at det når 80°C (akkurat som i en soleksponert bil) som vil forringe ytelsen til et toppkvalitetspanel fra 19% til bare 14%!

DERIMOT er CPV-solceller laget av materialer med en svært lav temperaturkoeffisient på ca. -0,05%/°C med den beste nå -0,01%/°C som er nesten 10-50 ganger bedre enn Silisiumsolceller! DETTE gjør AT CPV-cellen kan operere ved svært høy temperatur (100°c eller mer) uten problemer.

• Meget god holdbarhet

i alle industrielle systemer er de aktive komponentene mest sannsynlig å mislykkes eller nedbrytes, OG PV gjør ikke noe unntak. I tradisjonell Si-Pv representerer de aktive komponentene (solcelle) nesten 100% av den eksponerte overflaten i tillegg til elektroniske komponenter (bypassdioder), slik at en sjanse for feil eller nedbrytning er et reelt problem.

for å gjøre ting verre, hindrer den enorme priskonkurransen bruken av komponenter av svært høy kvalitet som oversetter til dårlig langsiktig ytelse, spesielt i svært varme klima som også har stort solpotensial. FOR eksempel er gjennomsiktig plast (EVA) som brukes til innkapsling og liming av frontglasset utsatt for guling på grunn av termisk sykling, Typisk nedbrytningsrate er 0,5% per år i et temperert miljø opptil 3%/år på varme steder.

CPV solceller er avledet fra rom og militære applikasjoner og er nesten immun mot termisk eller strålingsskade også konsentrasjon tillater bruk av premium elektronikk komponenter som deres tall er også redusert. Som teknologien er relativt ung, langsiktig ytelse CPV ikke eksisterer per se, men avkastning av lignende teknologier basert på militære eller plass programmer synes å indikere en svært stabil ytelse selv etter 20 års drift. Alle andre eksponerte overflater kan være laget av uorganiske materialer (glass, Aluminium) som ikke brytes ned over tid.

• Potensiell dobbel bruk av land

Store trackere kan være høy nok til å tillate bolig eller avlinger under den.

• lett resirkulerbar

cpv-moduler demontering er lettere fordi de konstitutive elementene er lett separerbare og består for det meste av uorganisk materiale som kan resirkuleres fullt ut. TVERT imot er si-PV-celler og ramme helt bundet til kompleks fluorert plast som krever avansert knusing og termisk behandling for delvis gjenvinning.

Hvorfor har CPV mislyktes så langt?

• Høyere startkapitalkostnad

CPV kan være mer lønnsomt i det lange løp, men denne fordelen er ikke stor nok til å oppveie den mye høyere kapitalkostnadsinvesteringen for installasjonen, som kan gå fra 2,5 til 4 ganger høyere enn for tradisjonell SI-PV-teknologi.

CSP er elektrisitetsproduksjon via solvarmekonsentrasjon

• Høyere vedlikeholdsbehov

høy presisjonssporing av solen (opp til 0.1° vinkelpresisjon) trenger konstant oppmerksomhet fra dedikert personell. Vaskingen av panelene kan også være vanskeligere på grunn av sporets høyde.

• Skyer reduserer ytelsen

CPV kan bare fungere med direkte sollys, derfor kan DET ikke fungere hele tiden. CPV er vanligvis rettet mot å bli installert på et solfylt sted med over 80% av klare dager per år. Som referanse kan CPV bare fungere hvis skarpe skygger er til stede, noe som er tegn på at sollys kommer hovedsakelig fra en retning.

• Lav befolkningstetthet på land

for å unngå skyggeeffekter om morgenen eller kvelden, må sporere plasseres noen meter fra hverandre. Den resulterende land okkupasjonen når bare ca 50%, som bare delvis kompenseres av 25% solenergi som tilbys av sporing. SOM følge av DETTE er CPV levedyktig på lavpris land eller hvis bare en tracker skal installeres.

• Teknologien er fortsatt ung

SELV om den modnes ganske fort, LED CPV av mangel på dedikert forsyningskjede, noe som tvang hvert selskap til å utvikle og produsere seg selv de fleste komponentene(sporingsmoduler, etc..).

Celler var for store i begynnelsen, som oversatt til høye dissipasjonsbehov (større celler genererer høyere temperaturer) og større tyngre moduler som oversettes til ekstra driftskostnader.

SAMTIDIG opplevde PV-industrien en massiv prisfall på mer enn 80% som kommer fra subsidierte næringer som kunne selge produkter med liten eller ingen lønnsomhet med sikte på å få aksjemarked.

Hvorfor CPV har potensial til å lykkes i fremtiden

• CPV-Celler blir bedre, mindre og billigere

Flere koblingsceller som brukes I CPV, drar nytte av den siste økningen AV LED-bransjen, da fabrikasjonsutstyret er nesten det samme. Så MANGE LED-reaktorer kan ettermonteres FOR CPV, begynte prisen å falle mye raskere enn før.

med automatisert plassering opprinnelig utviklet FOR LED, fabrikasjon av ekstremt små celle design er mulig i høy hastighet med svært lav fabrikasjon feil. Standardstørrelser kan være 25 ganger mindre enn 10 år siden (4mm2 vs 100) kjører modulprisen ned som små fotavtrykk celler sprer varme lettere.

• SI-PV modul prisfall er stalling

Nå som at støvet har avgjort etter PV handelskrig, si-Pv moduler prisene har nådd et platå mens CPV har fortsatt massive prisfall potensial.

• Gjenværende tilgjengelige steder er mer krevende

PV-Installasjon i et temperert klima er et mer og mer konkurransedyktig miljø, så ny solkraftvekst må komme fra tøffere steder.

Steder med høyest solenergi potensial, slik som ørkener, også skje for å være den hardeste. Standard PV paneler komponenter har en tøff tid å takle nær / dag termisk sykling, noe som resulterer i langt lavere effektivitet sammenlignet med de som er installert i tempererte klima.

det jeg tror bør forbedres for AT CPV skal lykkes

SOM jeg sa i begynnelsen, HAR CPV et spesielt sted i hjertet mitt, og jeg sluttet aldri å tenke på nye design eller mulige forbedringer.

Her er mine tanker om hvilke punkter som trenger oppmerksomhet for fremtidig CPV-suksess:

• Redusere modul vekt er kritisk

Glem å skyve videre ytelsen, modul vekt er langt en viktigste parameter når det gjelder driftskostnadsreduksjon rett og slett fordi det tillater større tracker for samme presisjon og kostnader. Flere moduler betyr flere inntekter per global enhet for samme vedlikehold, eller til og med gjør at automatisert vedlikehold (rengjøring) kan være kostnadseffektivt, noe som reduserer ytterligere nødvendig personell.

dette er ikke en vanskelig oppgave, da vekten ikke har vært en parameter som er mye optimalisert siden tidligere generasjoner. Jeg har personlig utviklet design som veier under 10kg / m2 i forhold til gjennomsnittlig 40-45 kg / m2 av vanlige CPV-moduler.

• bruk Av Fresnel linser optikk er en blindvei

ideen bak dem er utrolig elegant, men det lider av fatale feil når den brukes for presisjon solenergi konsentrasjon. For det første må designen være perfekt for å være virkelig effektiv: ethvert kompromiss i skarpheten av kantene, som avrunding som oppstår med plaststøping, forårsaker stor nedbrytningsytelse.

Da Er Fresnel-objektiver svært følsomme for pekefeil, solstrålene har en iboende + / -0,5° vinkelforskjell som bare etterlater bare et lite + / -0,1° rom for sporingsfeil. Sporing med slik presisjon er en av de viktigste kildene til vedlikeholdskostnader for teknologier som bruker denne typen optikk.

• Reflekterende optikk bør utvikle seg fra den klassiske “teleskopdesign”

Reflekterende optikk, til tross for deres første clunky utseende, lider ikke av begrensningene I Fresnel-objektiver, de kan vanligvis takle store sporingsfeil på mer enn + / – 1°, noe som gir mye lavere vedlikeholdskostnader. Den eneste ulempen er at dagens design basert På “Cassegrain telescope” ikke er lett masseprodusert med standard teknologier som oversetter i svært høye fabrikasjonskostnader

Forbedring av fabrikasjonskostnaden Kan gjøres ved bruk av flere “deformerte” design som blir kvitt bildeformasjonen for å holde bare konsentrasjonsevnen, mulighetene er svært store, og jeg har laget meg noe design som kan kutte produksjonskostnadene med 10 eller mer.

• Bruk av automatisert rengjøring med svært lavt vannforbruk

SOM forklart tidligere, SKINNER CPV virkelig på spesielt tøffe steder der vanntilgjengeligheten vanligvis er svært liten. Å legge til et svært økonomisk rengjøringssystem er viktig, ved hjelp av eksisterende vindusrensingsteknologier i stedet for å utvikle nye, kan det være nøkkelen.

Konklusjon

CPV tilsynelatende død kan være bare et tilbakeslag, da denne teknologien fortsatt har potensial til å overgå standard PV-systemer. Nå som støvet har lagt seg etter tider med hektisk prisdumping, KAN CPV spille en stor rolle som et holdbart verktøy for å bekjempe global oppvarming.

Fortell oss hva du tror fremtiden for solenergi er og utforske hva ennomotive har å tilby.