砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统

 

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    随着全球化石能源的日渐枯竭和人类环保意识的逐步增强,以光伏为核心的太阳能发电事
业近年来有了快速发展。但光伏电力比传统火电价格高达

4-6 倍以上,完全市场化运营特别是

为普通老百姓所接受还有一定困难。为了解决这一问题，人们不得不把眼光盯向薄膜电池，
使近年薄膜电池异军突起，引起投资者的极大兴趣。但薄膜电池光电转换效率相对较低，特
别是砷化镓薄膜电池价格昂贵，目前仅在空间领域应用，给光伏产业的大规模发展带来一
定制约。而采用砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统

,却能实现光热与光伏的综合利用，并充

分降低生产成本、提高转换效率，为光伏产业更大发展开辟新的市场空间。
    一、砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统的基本构想
    在光伏发电产业中，单晶硅和多晶硅等硅基光伏电池几乎占到全部产量的 94%以上。由于
近年太阳能级硅材料供不应求，且持续大幅度涨价，在一定程度上制约了硅基光伏电池的
发展。因此，如何提高光伏电池的转换效率和降低光伏电池的生产成本，成为目前光伏产业
必须研究和解决的核心问题。人们一方面在研究和扩大太阳能级硅材料的生产，另一方面又
在研究和推广不用或少用硅材料来生产新的光伏电池。在这样一种背景下，非晶硅、硫化镉、
碲化镉及铜铟硒等薄膜电池应运而生，乘势发展。上述光伏电池中，非晶硅电池效率低下，
且稳定性有待提高。尽管硫化镉、碲化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池效率高，成本较
晶体硅电池低，且易于大规模生产，但是镉有剧毒，会对环境造成严重污染，硒和铟是储
量很少的稀有元素，因此大规模发展必将受到材料制约。而砷化镓化合物材料具有十分理想
的禁带宽度以及较高的光吸收效率，适合于制造高效电池。此外

,还可以通过叠层技术做成

多结砷化镓基电池

,以进一步提高转换效率。但是，由于砷化镓基材料价格昂贵, 砷化镓薄膜

电池目前只在航天等特殊领域应用，离地面应用的商业化运行还有很大距离。
    为了降低光伏电池的发电成本，可采取的有效途径之一就是研发和应用砷化镓薄膜电池
聚光发电系统。在获得同样输出功率情况下，可以大大减少所需的砷化钾薄膜电池面积。相
当于用比较便宜的普通金属、玻璃材料做成聚光器和支撑系统，来代替部分昂贵的砷化镓薄
膜电池。在这种聚光系统中，如果聚光率超过

10 倍以上，则系统只能利用直射阳光，因而

必须采用跟踪系统相互配合，才能充分发挥效能。在固定温度下，光伏电池效率随聚光率变
化的一般趋势是，在低聚光率时，电池效率随聚光率的增加而增加，在高聚光率时，则随
聚光率的增加而降低。光伏电池在高聚光大电流下，其工作温度的升高将导致效率的下降，
因此，聚光跟踪系统还需要配备有效的散热设备。考虑到系统的整体经济性，可以通过主动
制冷方式，在对光伏电池快速散热的同时，充分利用热能生产热水，最终实现实现太阳能
光热和光伏的综合利用，以充分发挥整体效能。

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    二、砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统的组成部件

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    ㈠ 电池片
    市场上的聚光光伏电池系统组件大部分仍采用单晶硅太阳能电池，基于砷化镓基多结太
阳能电池的产品在国际市场上刚刚崭露头角，尚未进入国内市场。高效太阳能电池是聚光光
伏、光热综合利用系统的核心部件。在

500－1000 倍的高倍聚光条件下，其芯片和模组制作