经济效益
在传统光伏领域内,大型的半导体材料板同时起到了光收集和能量转换的作用。而CPV的基本前提即是不使用半 导体来进行光收集,而是用低成本材料来进行这一工作。 使用塑料、硅料或光学玻璃来取代半导体的使用可将光的收集过程与能量转换过程分隔开来,从而从根本上改变了 光伏系统的成本分布。目前,全球效率最高的太阳能电池 已经可以投产使用,而精密的跟踪系统也在全球各阳光充 沛的地区具有了较大的经济效益。CPV的一个附加益处就 是其电池电压随光照强度的增长而呈指数型增长,这就是 为什么电池效率可随聚光程度的增长而增长的原因。
凭借目前逾25%的交流系统效率,其所组成的CPV电站能够在全 年各时间段内实现较高的产能,并满足电力客户所需的各在量产规模下[1]对平板和双轴跟踪系统进行成本假设时,使用了 效率在40%及以上的电池的CPV系统预计可将其前期系统成 本降至与使用了单晶硅电池的平板系统成本相似的水平。 效率在CPV系统中所起到的巨大作用同时也为创新发展留出了很大的空间——其在性能和耐久性方面所取得的改善在其他仅能自给自足的低效率CPV系统中可能会更为昂贵。这些优势可为CPV电站的扩张提供动力。一旦CPV的发展规模 达到了其他技术的水准,即可成为平准化能源成本最低的技术(见图三)。
CPV的系统经济模式可维持最高水平的效率,因此能源的低成本可通过III-V多结太阳能电池来实现。CPV电厂 的核心组成部分——电池——目前已具有最大程度地利用 通过聚光形式传输至电池内部的能源的能力。可实现商业运营的电池目前已经在标准测试环境下(25℃, 1000W/m2,AM1.5 spectrum)实现了40%的效率。III-V多结产品的温度系数相较于其他半导体产品(如碲化铬和硅)来说,其负面影 响较小,并且该系数也会随着聚光程度增加而出现衰减现象[3]。在与适当的光学设计相结合后,聚光程度在500x以 上的被动冷却组件的直流效率可达到30%以上(见图四(a)),同时,多个CPV公司也展示了超过25%的交流系统效率。
等级划分
用于对电池、组件和系统效率等领域内进行等级划分 的各种不同方法鱼龙混杂。电池的标准测试条件(STC)为25℃、每平米1000W,而同样的条件并不适用于组件测试。由于CPV的光学特质需要户外(即阳光下)测试,因此, 通常会在组件和系统的运行环境内对其进行测试,而这种 环 境 的 温 度 通 常 被 默 认 为 2 0 ℃ , 并 且 电 池 密 度 为 每 平 米850W(PVUSA标准)或900W(IEC 62670标准,草稿)。但是 许多安装商却习惯于将光伏组件置于其等级(以STC为标准)下 的实地环境进行测试,而CPV系统的性能在这些直接正常日照辐射(DNI)较高的地方更为优越。标准测试环境与实地运行 环境之间的差异将导致对CPV电池和CPV系统的效率等级划 分出现7%的相对效率(3%的绝对效率)差异。其他的效率丢失是由于能源传输、光学零件的反射损耗,以及电池串不匹配和逆变器损耗而造成的。而现实环境中,各相关环境变量的变化也会导致额外的损耗。为了将高电池效率转换为较高的系统年均产能量,必须平衡电池温度、日照辐射强度、日照均衡性和光照频谱变化等变量之间的关系。为STC下的效率 峰值而设计的电池很难在聚光光学零件损坏、高温并长时间 (整天或整年)的条件下优化至最大产能。