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聚光型太阳能电池

作者:江志宏

说明:

聚光型太阳能电池是[聚光型太阳能电池(Concentrator Photovoltaic)]+[高聚光镜面菲涅尔透镜(Fresnel Lenes)]+[太阳光追踪器(Sun Tracker)]的组合,其太阳能能量转换效率可达31%~40.7%,虽然转换效率高但是由于向阳时间长,过去用于太空产业,现在搭配太阳光追踪器可用于发电产业,比较不适合用于一般家庭,聚光型太阳能电池主要材料是[砷化镓](GaAs),也就是三五族(III-V)材料,一般硅晶材料只能够吸收太阳光谱中400~1,100nm波长之能量,而聚光型不同于硅晶圆太阳能技术,透过多接面化合物半导体可吸收较宽广之太阳光谱能量,目前以发展出三接面InGaP/GaAs/Ge的聚光型太阳电池可大幅提高转换效率,三接面聚光型太阳电池可吸收300~1900nm波长之能量相对其转换效率可大幅提升,而且聚光型太阳能电池的耐热性比一般晶圆型太阳能电池又来的高。

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能量转换率比较:

薄膜型太阳能(7%~12%)、晶圆型太阳能(12%~20%)、传统核能电厂(30%)、火力发电(36.8%)、聚光型太阳能(31%~40.7%)、新式核能电厂(42~57%)

聚光型太阳能电池可通过使用透镜将光聚集到狭小的面积上来提高发电效率。不过因聚光引起的温度上升会损伤太阳能电池单元及发电系统,因此往往必须要抑制聚光率才可以。聚光型太阳电池假如使用聚光倍率为1000倍的透镜时,单位模组的太阳能电池单元的成本可降至结晶硅类电池单元的1/10左右,而所需的面积仅硅晶圆的1/2.5,另外聚光型太阳能电池必须要在位于透镜焦点附近时才能发挥功能,因此为使模组总是朝向太阳的方位,必须搭配使用太阳追踪系统,此设计虽然可以提高转换效率,但却存在透镜、聚光发热释放槽以及太阳光追踪系统的重量及体积较大..等问题,因此不适于装在日式住宅的屋顶使用。

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聚光型太阳能电池专有名词整理:

Aluminum Heat Sink 铝製散热板
Ambient Temperature 环境温度
Amorphous 非晶硅
Amorphous silicon, a-Si 非结晶硅
AM0 太阳光在大气层外的平均照度称为AM0,其功率约1300W/m^2
AM1 太阳光透过大气层后与地表呈90度时的平均照度称为AM1,其功率约925W/m^2
AM1.5 AM1.5用来表示地面的平均照度,是指阳光透过大气层后,与地表呈45°时的光强度,功率约844W/m^2,在国际规范(IEC 891、IEC 904-1)将AM1.5的功率定义为1000W/m^2。
Conduction 热传导
Conduction Band 导电带
Convection 热对流
CPV 聚光型太阳能(Concentrator Photovoltaic)
CBTL 标准实验室认证机构(Certification Body Testing Laboratory)
Charge Controller 过充放电控制器
Dopant 杂物
Electron Hole Pairs 电子电洞对
Epitaxy 磊晶
Fresnel Lenes 菲涅尔透镜[涅尔镜片是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理採用电镀模具工艺和PE(聚乙烯)材料压制而成。镜片表面刻录了一圈圈由小到大,向外由浅至深的同心圆,从剖面看似锯齿。圆环线多而密感应角度大,焦距远;圆环线刻录的深感应距离远,焦距近。
GaAs 砷化镓
Ge
Germanium Substrates 锗基板
Graphite Board 石墨板
Grid-connected system 併联型发电系统
Heat Pipe Technique 导热管
eated zone 加热区
Hydride 氢化物
Lead acid battery 铅酸电池
Lithium ion battery 锂离子电池
Liquid Phase Epitaxy, LPE 液态磊晶技术
InGaP 磷化镓铟
Ingot 晶锭
Junction Temperature 接面温度
Metal Organic Vapor Phase Epitaxy, MOVPE 金属有机气相磊晶技术
Multijunction Concentrators 多介面太阳能电池
Nanoparticle processing 奈米粒製程
Nickel cadmium battery 镍镉电池
Nickel hydrogen battery 镍氢电池
Natural Convection 自然对流
Off grid-connected system 独立型发电系统
Photocurrent 光生载子
Photovoltaic 太阳光电池
Photovoltaic Diode, PVD 发电二极体
Photovoltaic Module 太阳光电模组
Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD 电浆式化学气相沉积法
Polymer lithium battery 高分子锂电池
Polycrystal silicon 多晶硅
Polymer processing 高分子製程
Radiation 热辐射
Secondary lithium battery 二次锂电池
Single crystal silicon 单晶硅
Silicon processing 硅製程
Solar Cell 太阳能电池晶片
Solar Concentrator Module 聚光型太阳能模组
Substrate 陶瓷基板
Susceptor 基座
Sun Tracker 太阳光追踪器
Thermal Fatigue Life 热疲劳寿命
Thin-film processing 薄膜製程
Transparent conductors 透光导体
Valance Band 价电带
Wafer 晶圆
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