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支持太阳能无人机的薄膜发电到底是什么?

Facebook(脸书)是一家社交网络公司,他们和太阳能有什么关系?本来确实不沾边。不过,它的老板扎克伯格是一个有理想的人,他追求科技进步和人类机会平等,为了让地球上每个角落的人都能够获取到互联网服务,于是开发了一架名为“Aquila”的太阳能无人机,通过无人机发射无线网络,让人们享受互联网带来的乐趣。不久前,Aquila首次试飞成功,让网络覆盖全球成为可能。

Facebook的太阳能无人机Aquila首次试飞成功

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Aquila无疑是商业合作的一个结果,尽管Facebook并没有宣布是与哪家太阳能公司进行技术合作,不过,人们猜测为它提供太阳能发电技术的正是中国汉能的海外子公司Alta Devices。理由是,只有薄膜发电的电池才具有重量轻、弱光发电性能好的特点,满足Aquila需要尽可能减轻机身重量、能在夜间飞行等诸多需求。而在前不久,汉能在2015年报中也曾透露,“已交付全球知名企业高空长航时无人机的电池产品订单。”

太阳能无人机的应用具有无限的想象力,不仅是民用,在军事上也具有广泛的应用前景。

那么,这种薄膜电池技术究竟是怎样的呢?什么是薄膜电池技术?

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人类对太阳能发电的研究最早要追溯至19世纪40年代,德国科学家迈尔第一个发现植物能够将太阳能转化为化学能。随后,科学家们从中陆续发现了叶绿素、光伏效应等,并在1954年研发出了第一块单晶硅太阳能电池,它能够利用光电材料吸收光能,将光转化为电能。

经过170多年的漫长发展,如今,太阳能发电技术被分为两条路线,一条是晶硅发电,一条是薄膜发电。晶硅起步较早,不过从上个世纪90年代起,薄膜发电开始进入光伏行业,市场占有率正在逐年稳步上升。

与晶硅不同,薄膜电池是一项采用薄层材料,运用电子半导体和光学原理的技术,它的用硅量极少,更容易降低成本,是一种高效能源产品。它的种类丰富,包括砷化镓、铜铟镓硒、碲化镉等,可以通过溅射法、共蒸发法等技术获得。因其质量轻、弱光性好、柔性可弯曲等优点,薄膜发电被科学家们视为未来光伏发电的发展方向。

薄膜电池被视为未来光伏发电的发展方向

从市场现状来看,目前较大的薄膜电池生产商主要有美国First Solar,日本Solar Frontier、Sharp Solar、中国汉能等企业。
First Solar现在是美国薄膜电池行业的头把交椅,它曾在2013年斥巨资收购了美国通用电气公司(GE)旗下的碲化镉(CdTe)薄膜太阳能部门,并致力于研发碲化镉(CdTe)薄膜技术。目前,First Solar的碲化镉(CdTe)薄膜组件的转化率已达到22.1%,足以与一般的晶硅产品相媲美。

无独有偶,中国汉能也通过陆续收购四家拥有全球顶尖技术的薄膜公司——德国的Solibro和美国的MiaSol 、Alta Devices(AD)以及Global Solar Energy(GSE),迅速掌握了薄膜发电行业的尖端技术。与First Solar不同,汉能的主要研究方向是铜铟镓硒(CIGS)和砷化镓(GaAs),它的柔性薄膜电池目前拥有4项世界纪录,其中,Alta Devices公司的砷化镓(GaAs)双结电池转化率高达31.6%。

据了解,目前世界上有超过40个国家正在研究下一代低成本、高效率的薄膜太阳能电池,太阳能薄膜发电技术正成为新能源替代传统能源的关键性技术。

豪门VS新贵:谁是面向未来的技术?

在大的格局上,目前,晶硅仍然在全球光伏产业中占据主导地位,不过,在日益竞争激烈的电力批发市场上,太阳能发电成本必须要保持持续下降趋势,但是就目前来看,晶硅技术的突破之路已经越来越难走。

麻省理工学院(MIT)在2015年发布的《太阳能未来》研究报告中指出,在美国,光伏系统的非模块或平衡系统(BOS)成本占到太阳能地面电站价格的65%,在普通住宅使用的屋顶太阳能方面,BOS更是占到85%的成本。与晶硅相比,薄膜技术是在玻璃、塑料或金属等基底上沉积上一层或多层很薄的光伏材料,这种工艺可以减少系统的材料使用,降低制造支出。随着技术的进一步突破,薄膜技术有望成为太阳能实现成本大幅下降的最可能途径。

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此外,报告还建议美国政府应该转向薄膜太阳能这种“面向未来”的技术,降低晶硅电池投入,因为这种“短期研究”已没有太大价值。

今年7月,因旗下碲化镉(CdTe)薄膜太阳能板的技术表现持续优异,美国薄膜太阳能龙头企业First Solar宣布,全面停产旗下的TetraSun单晶硅产品线,将位于马来西亚的工厂改为生产Series 5薄膜组件的基地。

在欧洲,来自德国、瑞士、法国、意大利、比利时、卢森堡等欧洲8国11个科研团队在2015年组成了一个研究联盟,宣布启动一项名为“SHARC25”的计划,研究和开发超过晶硅转换效率的CIGS薄膜太阳能电池技术,将转化率提高至25%,用于未来公共事业的大规模发电。德国《太阳能电池》杂志认为,薄膜太阳能电池的广泛使用,将有助于太阳能发电成本的快速下降,它有望在未来15年里成为最便宜的能源。

在中国,工业和信息化部在2015年12月发布了《产业关键共性技术发展指南(2015年)》,薄膜电池生产技术被纳入优先发展的关键共性技术,“支持CIGS铜铟镓硒薄膜电池生产工艺技术研发,特别是大规模柔性铜铟镓硒卷对卷连续生产工艺,提升转换效率,降低生产成本。”今年8月,国务院在正式印发的《“十三五”国家科技创新规划》中,也提出了要在能源领域形成能源多元供给、高效清洁利用和前沿技术突破的整体布局需求,太阳能光伏在发展可再生能源的需求中名列首位。

脑洞大开的薄膜电池应用

说出来你可能不信,薄膜电池的应用领域非常广阔,甚至会有些脑洞大开的创意。由于薄膜电池质量轻,柔性可弯曲,因此它可以非常好地融入建筑设计中去,包括用它来制造屋顶。聪明的建筑师们从上个世纪80年代起就开始研究如何将太阳能板与屋顶完美地结合起来,人们甚至发现了利用屋顶发电来赚钱的办法,不过更多意义层面则是为了环境的可持续发展。

此外,便携式的充电装备也是不错的选择,它可以应用在帐篷、露营灯、背包、外套、遮阳伞等产品上。2015年,荷兰霍尔斯特中心(HolstCenter)曾经与一名荷兰时装设计师联合推出了一款太阳能衬衫,将120款薄膜电池缝在衣服上,人们穿着它走在阳光下,可为随身携带的手机、相机、MP3等电子设备提供电力。

澳大利亚太阳能汽车挑战赛一向被视为宣传环保理念和促进太阳能汽车技术发展的全球性大赛,如今,太阳能汽车正在逐渐走向商业化:澳大利亚汽车制造商EVX Ventures公司正在研究可无限续航的太阳能概念跑车Immortus,美国福特汽车公司也曾发布过一款名为C-Max Solar Energi的太阳能概念车,中国汉能在今年7月也向公众展出了4款可商业化的全太阳能动力汽车,预计在未来实现量产。

当然,薄膜电池还可以应用在无人机、远程电力供应、航天器等高端军事领域,并且延伸至其他领域,Facebook利用太阳能无人机来发展互联网服务就是最好的证明。(来源:大众网-齐鲁晚报)

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