【新能源工程实践】听太阳能创新学院院长讲解光伏电站工作原理


 918日, 江苏林洋能源股份有限公司副总裁兼SolarTriz太阳能创新学院田介花院长来到《新能源工程实践》课堂,为能源系同学带来一场关于光伏应用和光发电站的知识讲座。

田介花院长此次主要为大家讲解了光伏系统的基本知识。太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。地球上的风能、水能、海洋温差能、生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳,即使是地球上的化石燃料,从根本上说,也是远古以来储存下来的太阳能。对太阳能的利用主要分为热利用和光利用两种。光伏系统就是光利用的典例。光伏系统的核心部件为太阳能电池,其利用半导体的光生伏特效应实现从光能向电能的转换。太阳能电池按照所用材料,掺杂类型等具有不同的分类,市场上最常见的太阳能电池为晶硅组件的P型电池。

对于太阳能电池来说,最为重要的一个指标是光电转换效率,这也是我们在理论学习当中最为深入了解和科研工作者致力于突破的部分。“晶体管之父”威廉·肖克利曾在理论上预言了单P-N结太阳能电池在最佳带隙宽度(1.34eV)下的理论极限为33.7%Shockley–Queisser limit)。商用的晶体硅太阳能电池的光电转换效率低于20%,而普及程度较低的薄膜组件转换效率则更低。随着材料科学的发展,研究者们发现了越来越多的方式来突破这一理论上限,但大都还未能得到广泛的利用。

在实际应用过程中,我们需要考虑的因素往往远不止转换效率一种。理论与实践的结合,在实际场合中综合考虑多方面因素并权衡利弊,是一名优秀的工程师必备的素质,而这却又是我们最为欠缺的一种能力。以太阳能电池为例,硅电池的大范围普及不仅仅是因为其优良的光电特性,同时也是其储量丰富,提纯、掺杂工艺成熟等共同促成的结果。其实,GaAs具有比硅更优良的带隙,但由于其原料稀缺,只能用于航空航天等效率优先的场合。光伏系统的建设,除了太阳能电池转换效率外,还必须充分考虑其失效模式:如热斑效应、弱光效应等;而光伏系统的选址,又需要考虑气候,光资源分布等因素;在光伏系统建成之后,其管理和维护也需要深入的考虑。总之,一项技术的推广和利用,是科学、工程、商业等等方面统筹结合的结果,我们在专注于某一领域的同时,也应积极了解体会不同学科背景的知识和思维方式。

最后,田院长向我们介绍了全球最大单体建筑BIVP工程——京沪高铁南京南站屋顶光伏并网示范工程。像南京南站体量这么大的BIPV工程,并无成功经验可循,设计团队面对诸多挑战。最大挑战就是屋顶建筑面形成的阴影如何处理。由于南站屋面无站台柱雨棚顶上架起的一根根主桁架和次桁架,会形成很多阴影,但考虑到整体站房的美观性,屋面又必须铺满太阳能电池板,这就要求技术人员分析出每块金属格子在不同时间段接收阴影的具体情况。后经多方研究,工程人员创立了“数量化阴影可视分析技术”。此外,工程还有很多创新,如为屋顶减负的复合屋面技术、效率最大化的综合布线技术等。

田院长这次讲座让大家看到了课本知识和生产实践的差距,也激发了大家的学习热情。下一周,能源系的同学将会前往江苏林洋能源股份有限公司设计的光伏电站进行实地参观,从而获得对光伏系统更加直观的认识和体验。

(文/常昕瑜)