三五族太陽能電池性能 ( CPV ) 進展報告
來源：弗恩能源傳媒 作者： 發佈時間：2010.01.21
在馬德里駛往塞維利亞的火車上，透過車窗向外望去，你能看到散落在化合物半導體的實驗發電廠中，一片呈密集方陣狀排列的太陽能電池板。如今這樣的景象越來越常見，聚光光伏產業聚首在馬德里，在“CPV Today”峰會上報告各自系統的最新進展。
如果我們打算尋訪當下正興起的化合物半導體太陽能技術的發源地，西班牙首都馬德里應該是首當其衝的。今年，聚光光伏系統研究所（ISFOC）已獲官方支援，開展基於三五族材料的太陽能系統效能的研究。儘管這些實驗席捲西班牙各地，但馬德里理工大學（UPM）才是首家開展上述研究工作的。今年在馬德里主辦的CPV Today開幕式上，馬德里理工大學太陽能研究所主任Antonio Luque在會議的開幕式演講中強調了此次會議的重要性，並稱之為“CPV賽跑第一響”。
儘管在場的350多名觀眾一片譁然，Luque和他的同事Gabriel Sala還是把演講繼續下去，並將來自產業界的廣泛興趣視作至關重要。會議主席Sala注意到聽眾中有投資人和分析師在場，她號召金融界的人士對聚光型和傳統硅光伏系統之間的差別有進一步的了解。
Luque接著更詳細的解釋了二者最主要的區別，CPV太陽能陣列系統的核心是採用化合物半導體電池。這些電池在鍺襯底上單片集成了GaInP和GaAs薄層，每層吸收光譜中的不同部分。三結電池輕而易舉地保持太陽能轉換效率的最高紀錄40%，而硅太陽電池的轉換效率相對僅有27%。
以往化合物半導體與硅的比較當中，有兩點共性：即器件性能更好，價格陰影卻揮之不去。此次也不例外。Luque認為目前硅太陽能電池已經到達其理論效率的極限，但他相信單片集成的三五族電池的效率至少能達到50%。通過採用多種可行的設計方案應該能實現這個目標，例如使用量子點作為電池中的另一個半導體結。
這個目標實現了，電流限制法仍可適用。美國太陽能電池製造商Spectrolab的CPV產品技術指導Geoff Kinsey解釋了該公司最新一代三結技術能帶來什麼進展。由於產品將於今年第三季度投放市場，C2MJ生產線的目標就是要將效率提高到42%。由於工廠每日生產的不確定性，效率上會有正負2%的差異，但無論如何電池的效率能超過38%。到2009年，Spectrolab希望對目前電池中使用的材料進行若干修改，使其效率達到43%，但修改細節未透露。
Solar Systems演示了高倍聚光的效果，通過使用一個聚光器就能將一張6mm厚的銅箔燒一個洞。
歐洲三五族材料電池製造商Azur Space學Spectrolab和Emcore的樣兒在衛星供電領域暫露頭角。如此，它的主要經濟來源仍來自於太空工業，而CPV產業只為一小部分。該公司為Concentrix Solar和Sol3G等系統集成商提供轉換效率35%、聚光強度500倍的電池。然而，據該公司業務發展總監Gerhard Strobl說，公司的研發力量將來需要更多的投向CPV。
能源網路
儘管電池效率還有提高的空間，但如果沒有經濟驅動這些可能性仍只能停留在學術層面。CPV Today峰會上強調的關鍵點是，增加全球能源產業部門的支援力度就是最切實的驅動力。供電企業和金融集團在出席會議的聽眾中佔有相當可觀的比例，因此，領先的系統製造商都竭力向大家展示CPV總的發展前景及其產品的獨特性能。:
極具諷刺意義的是，在這樣一個致力於西班牙CPV產業發展的會議中，有關系統性能的精確數據都來自德國和澳大利亞的公司。作為ISFOC最初的三個參與者之一，今年二月份，德國Concentrix Solar公司已經完成安裝了300kW項目中的100kW。因為工程正在起步階段，Concentrix只展示了它位於西班牙Llorca的5.75kW發電廠在2007年9月某日的典型數據。清晰的數據說明瞭模組效率在上午10點之前和下午6點之後高於20%，並在下午2點達到輸出功率峰值5kW。據首席執行官Hansj鰎g Lerchenm黮ler聲稱，相對於硅系統，其模組效率僅有14%；這套系統在效率方面的優勢能轉化為節約費用，以抵消系統最初的一部分成本。
Lerchenm黮ler表示，起步階段依照現有的技術能力，模組效率數據最終會小于25%。他希望到2010年，這種技術水準能幫助Concentrix公司打敗硅的歐元/瓦成本。今年八月該公司已建成當今最先進的製造工廠，模組的年生產力可達25MW，這也將有助於降低成本。
Concentrix得到能源公司Abengoa Solar和Good Energy的支援，而滯壓的訂單讓他們今年都有活幹。Concentrix是從著名的夫瑯和費研究所（Fraunhofer Institute）中獨立出來，他們報告了結果分析，並自信將會成為CPV產業中的生力軍。
澳大利亞Solar Systems公司應該算是目前這波CPV技術浪潮的先鋒之一。它建立於1990年，並已有10多年運營商業系統的經驗。Solar Systems公司同樣經歷了從硅到化合物半導體電池的轉變，對照先後的數據，硅電池的效率比化合物半導
體的要少46%。
Solar Systems公司現有的系統主要是碟式聚光器，相比較而言，平面定日鏡陣列在全球其他系統上更常用。該公司CTO John Lasich展示了基於蝶式聚光器技術的發電站數據，其峰值輸出功率達130kW，其中最好的轉換器效率達到23.7%。在另外一處發電站，兩年的運行數據表明，在平均太陽輻射能為7kWh/m2的情況下，單個33kW接收器每天能提供196kWh的電能。這相當於系統直流電效率為21.2%，轉化為交流電時效率略降至19.6%，這也能和現有的普通電網相相容。
Solar Systems宣稱能源公司TruEnergy是另一家支援者，它是香港中華電力有限公司（China Light and Power）的子公司，同時也有來自澳大利亞政府的強力支援。該公司有一個154MW發電站項目仍在建設中，到2013年將試運行；在此之前，這些合作夥伴會幫助它改用定日鏡。基於此項採用了Spectrolab 電池的大規模工程，Solar Systems將為當今CPV技術再次開拓出一條技術路線。
對於其他的系統製造商，以自己的行動來證實製造能力比展示結果更為重要。其中有Concentraci髇 Solar la Mancha——現在是Reno-valia Energy集團的一部分，宣稱已成為西班牙主要的光伏發電站承建商。該公司CEO Miguel Trinidad有多年汽車產業的工作經歷，他希望充分利用以往在製造領域的經驗，應CPV產業發展之需。引入汽車製造業的經驗也是降低CPV生產成本的關鍵。
戰略考慮
在本次會議中，Emcore派出了最大的單個企業代表團，這表明它比競爭對手Spectrolab更加重視CPV。該公司並沒有展示其GaAs電池的研發成果，而是他們的CPV系統。借用Emcore之前作為化合物半導體外延生長設備供應商的經驗，CPV商業部的副總裁Earl Fuller提升了他的系統。Fuller談到了包括參與到ISFOC的那些系統訂單，在西班牙有個850kW的發電項目，但沒有透露已完工了多少。
這套系統的定位使有些參會者感到不安，不然他們有些可能成為Emcore電池的客戶。他們擔心Emcore會垂直整合它全部的電池產品，超過他們喜愛的電池效率紀錄保持者Spectrolab，即使它們比較昂貴。但是在CPV Today會議上，有幾張新面孔出現，比如Solar Junction和台灣LED製造商Arima，他們同時也是三五族電池製造商，或許能打消這個疑慮。後來有傳言，像日本夏普和南韓三星等半導體業巨頭，不久將生產CPV電池。
今年二月的Puertollano太陽能發電站，首個100kW的Concentrix ISFOC已安裝完備。
Emcore的系統定位同時也意味著，他們沒有提及主要的三五族電池客戶澳大利亞公司Green and Gold Energy，它早前自行發佈了一些評論。就在CPV Today會議開幕之前的兩周，關於這兩家公司關係，網路上猜測紛紛，使Emcore的股價在一天內下跌了三分之一。某些與會者猜測Emcore可能想與Green and Gold脫離關係，但Emcore光伏部門的負責人David Danzilio對此否認。相反他為同事Fuller辯護，Green and Gold實際上是他們的競爭者，所以在上篇關於Emcore發電系統的演講中不應該提及。
許多與會者關注Emcore和Green and Gold兩家公司之間的紛爭。他們感到投資分析師和銀行家的出席是件喜憂摻半的事情。有些人援引電信行業的例子，太陽能產業界瀰漫著焦慮，在肆無忌憚的消極融資方式的推動下化為經濟泡沫。
而Green and Gold方面，CEO Watson表明他對公司的技術滿懷信心。該公司研發投資來自Waston和其他私人投資者的50萬澳元（約合47.2萬美元）。目前Green and Gold的SunCube系統接近商業化，追加的600萬資金贏得了海外製造授權。Waston宣佈在2007年3月，Green and Gold大樓樓頂上安裝的模組其“真實”峰值效率可達30%。他也介紹了標準的測試數據，但對近期頒布的關於CPV模組安全和可靠性的標準IEC 62108提出了質疑，認為它沒有什麼實際用途。對輸出功率測試缺乏公信度，這意味著化合物半導體和硅光伏之間並不能直接進行對比。Watson感覺這個事實對參與制定標準的硅技術業界人士產生了消極的影響。
西班牙Puertullano市長最後一個發言。有兩個ISFOC項目選在Puertullano，會議期間關於它的描述被傳得神乎其神，接近“CPV理想中的黃金國”。Lerchenm黮ler說，在馬德里到塞維利亞的火車上，從窗外看去你就能看到他們的設備。而且除了ISFOC之外，在Puertullano不久還將建設另一個獨立的研究中心，隸屬於系統製造商SolFocus。
Puertollano賦予自己“世界能源之城”的稱號，在歷史上曾經是一個產煤城市，現在還保留了強大的石油化工產業。此外，他們為製造出西班牙第一片單晶矽晶片引以為豪。在這裡，BP Solar也正準備投資1億歐元（約合1.55億美元）建造歐洲最大的太陽能模組製造廠。
在ISFOC項目的旁側，圍繞著這麼多實力不凡的實幹派，這就是今日CPV技術的現狀，它清晰地表明瞭CPV技術正在不斷發展並開始壯大。誠然要想戰勝強大的競爭者，CPV產業還需不懈的努力。
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