重新使用被放棄的陽光? Q CELLS太陽能提高發電效率

2020-11-28 索比光伏網

隨著太陽能市場的擴大，太陽能發電效率也在迅速提高。與此相關的研發也正在積極地進行。其中，我們將重點介紹卡洛斯·科英布拉(carlos coimbra)教授推出的《利用雲的分布預測太陽能發電量》和Q CELLS利用反射光的高效率"Q.ANTUM電池"。


美國宇航局用衛星計算雲層吸收的太陽光

太陽輻射到地球的光線約有1,360W/㎡。但是太陽發射出來的光不可能全量抵達地面。去掉地球大氣層散射或反射回到宇宙的部分光，只有一部分的光被大氣吸收。晴天時，日照量平均達到1,025W/㎡，多雲時，日照量平均只有550W/㎡。

太陽能發電受到的雲層影響很大。根據云層厚度、微細顆粒物等，電力產量參差不齊。雲朵是由半徑約0.02~0.05毫米的數十億個小水珠和冰塊顆粒組成。也就是說，即使是同樣大小的雲朵，根據內部構成粒子的不同，反射太陽光的程度也不同。因此，科學家正在開發準確預測太陽能發電量的方法。如果太陽能光伏發電能被準確地估計，我們就能計算出需要從其他能源獲取的電量以及需要儲存的電量。


▲ 烏雲密布時，雲的覆蓋減少了到達地球表面的太陽輻射。/來源：Pixabay

最近, 美國加州大學聖地牙哥分校的卡洛斯·科因布拉教授領導的一個研究小組最近開發了一種方法，通過使用GOES-R衛星來精確計算雲層吸收的太陽能量。GOES-R是美國宇航局於2016年發射的,位於地球表面上方的靜止軌道衛星。GOES-R配備了ABI(先進基線成像儀)，可以從16個不同的可見光和紅外線波段觀察地球，以預測天氣。由於紅外波長很容易被水蒸氣吸收，它們有助於顯示水蒸氣在大氣中的分布。即使在夜間也可以獲得紅外波長的數據。有了這項技術，衛星可以利用16種波長來收集關於同一大氣的不同信息。

卡洛斯·科英布拉(carlos coimbra)教授研究團隊將此次開發的推測技術命名為『SCOPE(Spectral Cloud Optical Property Estimation, 光譜雲光學性質預估)』。


▲ 靜止軌道衛星GOES-R的效果圖。底部是本次研究中使用的觀測傳感器ABI(Advanced baseline Imager)。/來源：NASA

靜止軌道衛星以赤道為基準，在3.6萬公裡上空，以與地球自轉相同的速度圍繞地球公轉，同時觀測氣象。在地球上看衛星時，它相對處於看似不變的位置，因此使用"靜止"一詞命名。研究小組根據GOES-R衛星收集的資料計算雲層的高度、厚度以及光學厚度。光學厚度是太陽光穿越雲層時，被吸收或散射的光量。而根據這三種特點，在地面上設計出利用太陽光推算電力產量的模型，然後與7個地區的實際發電量進行比較。GOES-R衛星每隔5分鐘拍攝一次大氣層，研究團隊也可以以5分鐘為單位預測發電量。

結果，4個地區預測發電量的誤差範圍在10W/㎡之內，其餘3個地區實際電力產量與預測量各相差11.2、17.7和20.2W/㎡。卡洛斯·科英布拉(carlos coimbra)教授表示: 考慮到發電站的整體電力生產量，估算的準確度可認為是非常高的。如果將太陽能組件的特點或周圍環境也都考慮進去，那麼準確度將會進一步提高;同時，這一次實驗屬於首次詳細分析雲層對太陽能發電量的影響，日後改善SCOPE並加以充分利用，將會開啟預報太陽能發電量的時代。


▲2017年1月15日，用ABI的16個波段拍攝的(美國上空)大氣層圖片。/來源：NASA

Q CELLS可以復用失去的陽光

利用雲層的分布預測太陽能發電量，可以提高發電效率。但這並不意味著可以增加抵達地球表面的太陽光量，靠預測無法增加產量。因此，Q CELLS開發出"Q.ANTUM"，利用減少光電轉化過程裡產生的損失加大發電量。Q.ANTUM技術在太陽能電池背面適用了背鈍化技術(PERC，Passive Emitter Rear Contact)。

背鈍化技術就是在太陽能電池背面安裝鏡面結構，其並不使太陽能發電，只捕獲已經穿過的光線令其反射到鏡面，使通過鏡面反射出來的光線重新被太陽能電池吸收，用於電力生產。一般的太陽能電池會棄用起初沒有被吸收的光線，但Q.ANTUM重新利用被損失的光線，將發電效率提升到最大。另外，結合抗PID、抗LID、抗LeTID功能，Q CELLS 開發了可以降低太陽能組件功率衰減率的高效太陽能電池。2017年，Q CELLS成為了業內首家累計量產10億片Q.ANTUM電池的企業。10億片電池生產的電力可供釜山和大邱600萬市民家庭使用一年。到2020年，Q CELLS Q.ANTUM電池累計產量已達到23GW。

目前，Q CELLS為了提高太陽能電池的效率，依然持續研發，改善效率。我們可以欣喜地看到，Q CELLS利用本將失去的太陽能，未來將怎樣地提高光伏電池的效率。

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