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編者按：背鈍化技術(shù)就是在太陽能電池背面安裝鏡面結(jié)構(gòu)，其并不使太陽能發(fā)電，只捕獲已經(jīng)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，用于電力生產(chǎn)。



隨著太陽能市場(chǎng)的擴(kuò)大，太陽能發(fā)電效率也在迅速提高。與此相關(guān)的研發(fā)也正在積極地進(jìn)行。其中，我們將重點(diǎn)介紹卡洛斯·科英布拉(carlos coimbra)教授推出的《利用云的分布預(yù)測(cè)太陽能發(fā)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(wèi)星計(jì)算云層吸收的太陽光

太陽輻射到地球的光線約有1,360W/㎡。但是太陽發(fā)射出來的光不可能全量抵達(dá)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(shí)，日照量平均達(dá)到1,025W/㎡，多云時(shí)，日照量平均只有550W/㎡。

太陽能發(fā)電受到的云層影響很大。根據(jù)云層厚度、微細(xì)顆粒物等，電力產(chǎn)量參差不齊。云朵是由半徑約0.02~0.05毫米的數(shù)十億個(gè)小水珠和冰塊顆粒組成。也就是說，即使是同樣大小的云朵，根據(jù)內(nèi)部構(gòu)成粒子的不同，反射太陽光的程度也不同。因此，科學(xué)家正在開發(fā)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)太陽能發(fā)電量的方法。如果太陽能光伏發(fā)電能被準(zhǔn)確地估計(jì)，我們就能計(jì)算出需要從其他能源獲取的電量以及需要儲(chǔ)存的電量。

最近, 美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的卡洛斯·科因布拉教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組最近開發(fā)了一種方法，通過使用GOES-R衛(wèi)星來精確計(jì)算云層吸收的太陽能量。GOES-R是美國宇航局于2016年發(fā)射的,位于地球表面上方的靜止軌道衛(wèi)星。GOES-R配備了ABI(先進(jìn)基線成像儀)，可以從16個(gè)不同的可見光和紅外線波段觀察地球，以預(yù)測(cè)天氣。由于紅外波長(zhǎng)很容易被水蒸氣吸收，它們有助于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(zhǎng)的數(shù)據(jù)。有了這項(xiàng)技術(shù)，衛(wèi)星可以利用16種波長(zhǎng)來收集關(guān)于同一大氣的不同信息。

卡洛斯·科英布拉(carlos coimbra)教授研究團(tuán)隊(duì)將此次開發(fā)的推測(cè)技術(shù)命名為‘SCOPE(Spectral Cloud Optical Property Estimation, 光譜云光學(xué)性質(zhì)預(yù)估)’。


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

靜止軌道衛(wèi)星以赤道為基準(zhǔn)，在3.6萬公里上空，以與地球自轉(zhuǎn)相同的速度圍繞地球公轉(zhuǎn)，同時(shí)觀測(cè)氣象。在地球上看衛(wèi)星時(shí)，它相對(duì)處于看似不變的位置，因此使用"靜止"一詞命名。研究小組根據(jù)GOES-R衛(wèi)星收集的資料計(jì)算云層的高度、厚度以及光學(xué)厚度。光學(xué)厚度是太陽光穿越云層時(shí)，被吸收或散射的光量。而根據(jù)這三種特點(diǎn)，在地面上設(shè)計(jì)出利用太陽光推算電力產(chǎn)量的模型，然后與7個(gè)地區(qū)的實(shí)際發(fā)電量進(jìn)行比較。GOES-R衛(wèi)星每隔5分鐘拍攝一次大氣層，研究團(tuán)隊(duì)也可以以5分鐘為單位預(yù)測(cè)發(fā)電量。

結(jié)果，4個(gè)地區(qū)預(yù)測(cè)發(fā)電量的誤差范圍在10W/㎡之內(nèi)，其余3個(gè)地區(qū)實(shí)際電力產(chǎn)量與預(yù)測(cè)量各相差11.2、17.7和20.2W/㎡?？逅?middot;科英布拉(carlos coimbra)教授表示: 考慮到發(fā)電站的整體電力生產(chǎn)量，估算的準(zhǔn)確度可認(rèn)為是非常高的。如果將太陽能組件的特點(diǎn)或周圍環(huán)境也都考慮進(jìn)去，那么準(zhǔn)確度將會(huì)進(jìn)一步提高;同時(shí)，這一次實(shí)驗(yàn)屬于首次詳細(xì)分析云層對(duì)太陽能發(fā)電量的影響，日后改善SCOPE并加以充分利用，將會(huì)開啟預(yù)報(bào)太陽能發(fā)電量的時(shí)代。


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

Q CELLS可以復(fù)用失去的陽光

利用云層的分布預(yù)測(cè)太陽能發(fā)電量，可以提高發(fā)電效率。但這并不意味著可以增加抵達(dá)地球表面的太陽光量，靠預(yù)測(cè)無法增加產(chǎn)量。因此，Q CELLS開發(fā)出"Q.ANTUM"，利用減少光電轉(zhuǎn)化過程里產(chǎn)生的損失加大發(fā)電量。Q.ANTUM技術(shù)在太陽能電池背面適用了背鈍化技術(shù)(PERC，Passive Emitter Rear Contact)。

背鈍化技術(shù)就是在太陽能電池背面安裝鏡面結(jié)構(gòu)，其并不使太陽能發(fā)電，只捕獲已經(jīng)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，用于電力生產(chǎn)。一般的太陽能電池會(huì)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(fā)電效率提升到最大。另外，結(jié)合抗PID、抗LID、抗LeTID功能，Q CELLS 開發(fā)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(yè)內(nèi)首家累計(jì)量產(chǎn)10億片Q.ANTUM電池的企業(yè)。10億片電池生產(chǎn)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(jì)產(chǎn)量已達(dá)到23GW。

目前，Q CELLS為了提高太陽能電池的效率，依然持續(xù)研發(fā)，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。


原標(biāo)題：重新使用被放棄的陽光? Q CELLS太陽能提高發(fā)電效率