屋顶聚光光伏在户外测试中胜过硅片

根据去年秋天两个晴天对原型机进行现场测试的工程师团队称，具有嵌入式微跟踪的聚光光伏系统每天可以比标准硅太阳能电池产生超过50%的能量。

宾夕法尼亚州立大学电子工程助理教授查尔斯·凯特恩(Chris Kie Etner)说：“过去太阳能电池价格昂贵，但现在它们变得非常便宜。” “因此，太阳能电池不再是其产生的能源的主要成本。大部分成本越来越多地集中在其他一切 - 逆变器，安装工人，许可费等等 - 我们过去常常忽视的所有东西“。

这种不断变化的经济格局对高效率产生了重要影响。与目前以15%至20%的效率占据市场主导地位的硅太阳能电池板相比，聚光太阳能电池板将太阳光聚焦在更小但更高效的太阳能电池上，如卫星上使用的太阳能电池，使整体效率提高35%至40%。目前的CPV系统很大 - 广告牌的大小 - 并且必须旋转以在白天跟踪太阳。这些系统在开阔的田野中工作良好，空间充足，阳光充足。

“我们要做的是在传统硅太阳能电池板的形状因子中创建一个高效率的CPV系统，”Giebink说。

为此，研究人员将一个大约半毫米见方的微型多结太阳能电池嵌入一块玻璃中，在一对塑料小透镜阵列之间滑动。整个布置大约2厘米厚，并且通过在小透镜阵列之间横向滑动太阳能电池片来完成跟踪，同时面板保持固定在屋顶上。一整天的跟踪需要大约一厘米的移动，这实际上是难以察觉的。

“我们在最近的这些实验中的目标是证明这种系统的技术可行性，”Giebink说。“我们整理了一个带有单个微电池和一对透镜的原型，这些透镜将太阳光聚集了600多次，将它带到室外并让它在一整天的过程中自动跟踪太阳。”

由于该团队需要确切知道测试期间有多少直射和漫射阳光，他们在宾夕法尼亚州立大学拉塞尔·拉森农业研究中心设立了一个国家海洋和大气管理局表面辐射监测点。研究生Jared Price和Alex Grede与博士后研究员Baomin Wang一起在商业硅太阳能电池旁边的黎明到黄昏的两个晴天测试系统。

研究人员今天(7月17日)在Nature Energy报道称，CPV系统的效率达到30%，而硅电池的效率为17%。在整个一天中，CPV系统产生的能量比硅高出54%，如果避免强烈阳光下的微电池加热，可能达到73%。

根据Giebink的说法，这种嵌入式跟踪CPV技术非常适合阳光直射的地方，如美国西南部或澳大利亚。

Giebink指出，在将系统扩展到更大的区域并证明其可以长期可靠运行方面仍存在重大挑战，但他仍然保持乐观。

“通过正确的工程设计，我们正在寻求效率的逐步改变，这在从屋顶到电动汽车的应用中非常有用 - 在任何地方，从有限的区域产生大量太阳能都非常重要。”