“這項具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的光伏發(fā)電技術(shù)，我個人認為，是當今世界最先進、發(fā)電成本最低廉的光伏發(fā)電技術(shù)。它將使太陽能發(fā)電在我國的大規(guī)模應用很快成為現(xiàn)實。”最近，中國科學院理論物理研究所研究員何祚庥在考察完甘肅武威的新型光伏電站后評價說。
何祚庥所稱贊的這項技術(shù)名為“4倍聚光+跟蹤”的新型光伏發(fā)電技術(shù)，由中國科學院理論物理研究所特聘研究員陳應天帶領(lǐng)團隊獨立研發(fā)。
這項技術(shù)已經(jīng)走向產(chǎn)業(yè)化，已使光伏發(fā)電單位千瓦的售價由8萬元下降到2.6萬元，如果再加上陳應天發(fā)明的“太陽能煉硅”，太陽能光伏電池的發(fā)電成本將在5到7年內(nèi)下降到0.4～0.5元每度。
但也有學者認為這種“4倍聚光+跟蹤”技術(shù)根本沒有發(fā)展前途，沒有存在的必要，甚至有人斥之為“偽科學”。那么，“4倍聚光+跟蹤”究竟是一項什么樣的技術(shù)，又為什么會引起這么大的爭議呢？
對此，記者采訪了何祚庥。
何為“4倍聚光+跟蹤”技術(shù)？
據(jù)何祚庥介紹，“4倍聚光+跟蹤”光伏發(fā)電技術(shù)由兩部分組成：4倍聚光技術(shù)和跟蹤技術(shù)。
“4倍聚光”技術(shù)是指將原本照射在4倍單位面積的光量集中照射在一倍單位面積上。而這個過程是通過陳應天所發(fā)明的“光漏斗”實現(xiàn)的。
“光漏斗”簡單說就是利用幾面特殊材質(zhì)的“鏡子”，圍成像碗一樣的八面體，“碗底”由聚光電池組成。“當然，‘光漏斗’的形狀是經(jīng)過運算而確定的”，何祚庥說。
這個精心設計的“光漏斗”的奇妙之處就在于，它僅通過一次反射，就可以均勻地將任何方向照射過來的光線匯聚到太陽能電池板上。相比其他聚光手段，這一“八面玲瓏”的“光漏斗”可以極大減少由于熱應力和受熱量不均而對光電池造成的損壞。
經(jīng)過測算，經(jīng)過“光漏斗”匯聚后的光量是未經(jīng)匯聚光量的4倍。由于光線的強度越大，光電池的發(fā)電量也就越大，所以從理論上說，添加“光漏斗”的光電池的發(fā)電量是平板光電池的4倍。“但是由于受到反射、吸收等因素的影響，實測證明，這個4倍光強直接照射的光電池是普通光電池發(fā)電量的3.3倍。”何祚庥補充說。
太陽跟蹤技術(shù)是“4倍聚光+跟蹤”中的另一項技術(shù)。這項技術(shù)與傳統(tǒng)的跟蹤系統(tǒng)相比也有本質(zhì)的不同。傳統(tǒng)的太陽跟蹤系統(tǒng)需要對太陽進行測量、定位，然后建立坐標系，最后返回一個控制信號使儀器對電池板進行方位調(diào)節(jié)。這個復雜的過程存在可靠性差、跟蹤精度低和不易維修等缺點。
“陳應天早年曾在劍橋大學進行過天文學研究。他受天文望遠鏡的啟發(fā)，利用一個非常簡單的方法，也就是天文望遠鏡跟蹤的方法，擺脫了這些難題。”
由于幾百年的天文學研究早已得出地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的高精密運行公式，因此，陳應天將這些公式輸入芯片，就可以使‘光漏斗’可以高精度地追逐太陽，大幅度降低了跟蹤成本。
“正是‘光漏斗’和跟蹤技術(shù)的結(jié)合，使這項技術(shù)的發(fā)電成本降到了傳統(tǒng)平板光電池的1/3，但單位發(fā)電量卻比傳統(tǒng)平板光電池高出55%。產(chǎn)業(yè)化之后，將可以使光伏電池的投資金額由每千瓦8萬多元下降到2.6萬多元，而如果認為這一‘光漏斗’的使用壽命是25年，年日照時間是1967小時，可算出相應的發(fā)電成本下降到0.51元/度。”何祚庥評價說。
由于硅是制造光電池的主要材料，為了進一步減少光伏發(fā)電的成本，陳應天又發(fā)明了“太陽能煉硅”。
他利用他所發(fā)明的無光象主動光學理論和相關(guān)技術(shù)，制作了一個新型的太陽能爐，能夠有效、穩(wěn)定地將10000倍或更高一些的太陽光聚集在網(wǎng)球大小的范圍內(nèi)，并能在幾秒鐘之內(nèi)將鎢板熔化。而這個太陽爐不包括研發(fā)費用在內(nèi)的成本僅約為20萬元。
經(jīng)過實驗，這個新型太陽能爐可以在兩三秒內(nèi)，將純度約為99%的工業(yè)用硅提純到純度為99.9999%的太陽能級高純硅，而且在冶煉過程中的能源消耗只有傳統(tǒng)的西門子法的1/10。
何祚庥表示，新方法能將現(xiàn)有的提純耗能指標由每公斤200至400度電降為每公斤30至40度電，其提煉成本也將可能降為20美元/公斤，從而使4倍聚光發(fā)電裝置的發(fā)電成本再下降20%。
爭議中前行
“雖然陳應天的技術(shù)從理論上是正確的，但目前還有不少國內(nèi)外的科學家反對發(fā)展聚光技術(shù)。”
持否定意見的科學家認為，聚光發(fā)電技術(shù)沒有發(fā)展前途，而且可行性也不高。他們認為，薄膜電池才是目前光伏產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)。而本質(zhì)上，聚光發(fā)電和聚光熱發(fā)電系統(tǒng)只是用廉價的聚光材料替代昂貴的半導體材料，所以當半導體材料廉價到和聚光材料相近時，所有的聚光發(fā)電系統(tǒng)均沒有生存的意義了。
針對這種觀點，陳應天等人回答說，即使半導體材料的價格降到微不足道的水平，但至少在近期內(nèi)，薄膜技術(shù)還是難以和聚光技術(shù)相競爭。
理由有兩條：第一，制作光電池除了需要半導體材料之外，還需要如低鐵絨面玻璃、EVA、銀漿、鋁漿等專用材料，這些材料的成本在近期內(nèi)難以下降，而聚光材料及其加工成本卻在大幅下降。
第二，薄膜技術(shù)將很難做到比單晶硅光電池有更高的光電轉(zhuǎn)化率，其相應的跟蹤成本必定大幅度增加，然而，在利用了“太陽跟蹤技術(shù)”之后，這項技術(shù)可以比不用跟蹤技術(shù)至少多產(chǎn)出30%的電力。
還有一部分科學家對這項技術(shù)的可行性提出質(zhì)疑，他們認為“4倍聚焦+跟蹤”系統(tǒng)在耐用性、可維護性、可持續(xù)性等方面缺乏有效的長期數(shù)據(jù)，進而存在一系列的疑問。例如，能否高效散去4倍聚光帶來的熱量，跟蹤太陽的精度能否滿足要求，能否長期安全可靠地運行，能否經(jīng)受沙漠地區(qū)常有的狂風、高溫、沙塵暴等惡劣氣候的考驗等。
“實踐已經(jīng)對這些問題做出了回答。”據(jù)何祚庥介紹，最近，在蚌埠研發(fā)的一臺直徑為35米，峰值功率為50千瓦，50kWp的光伏發(fā)電機，經(jīng)歷了一場直徑為1厘米的冰雹襲擊，所有設備均安然無恙。而在內(nèi)蒙古鄂爾多斯建造的一個功率為205千瓦小型光伏電站，已持續(xù)運行了2年多，到目前為止，只在安裝調(diào)試早期維修了千分之一的“光漏斗”。“這是我國第一例能夠真正在沙漠地區(qū)長期穩(wěn)定運行的光伏電站！”
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