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农业光伏系统效率达达9.9%、LCOE成本为0.033美元/千瓦时

   2023-11-22 pvmagC95310
核心提示:系统的整体效率可达11.6%,科学家们称这是有史以来利用光谱分离技术创下的最高效率

中国研究人员们建造了一个光谱分裂集热器农业光伏系统(SCAPV)的原型。该系统的光伏转换效率达9.9%、混合光利用效率为9.05%,平准化能源成本(LCOE)为0.033美元/千瓦时。

SCAPV系统。图片:中国科学技术大学

由中国科学技术大学主导的科学家团队开发了一种光谱分裂集热器农业光伏(SCAPV)系统,并声称此系统可以提高多种植物的作物生产力。

该SCAPV系统的工作原理是基于光伏发电和光合作用的不同光谱响应进行太阳光光谱分离。根据这一原理,红光和蓝光将用于光合作用,因为它们的波长与植物叶绿素的吸收峰匹配,而其他波长的光线都用于集中式光伏发电。

该研究小组在最近发表于《能源转换与管理》杂志上的“光谱分裂集热器农业光伏技术提高混合太阳能转换效率”一文中阐述了他们的研究成果。他们强调,该

系统由三大关键组件构成,即实现光谱分离的多层聚合物膜(MPF)、抛物线槽式集热器(PTC)和晶体硅太阳能电池。

他们使用由美国工业集团3M公司生产的、具有高透射率的市售MPF。而PTC充当柔性MPF的基材,并用作反射器将反射带导向由美国太阳能电池制造商Sunpower提供的焦点交叉指式背接触(IBC)光伏电池。

研究人员们进一步解释道:“尽管III-V族多结太阳能电池具备更高的效率潜力,但晶体硅电池对于可扩展解决方案来说更具成本竞争力,还能在聚光比为3-100的高强度入射辐射下保持高性能。”他们还指出,每个光伏组件都由三部分组成,即低铁玻璃前盖板、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物背板和背面铝基板。

研究人员表示,光伏电池和MPF的成本分别为0.10美元/瓦和0.02美元/瓦,而包括集热器和跟踪器在内的硬件成本达0.57美元/瓦。

研究小组在中国安徽省阜阳市部署了一个SCAPV系统的原型,以便测试系统性能。该设施占地422.4平方米,采用双轴太阳能跟踪系统。

SCAPV系统的光伏转换效率达9.9%、混合光利用效率为9.05%。研究人员们表示,这超出了6%左右的最大理论光合效率。

“经济学分析显示,SCAPV系统的平准化能源成本为0.033美元/千瓦时,表明具有经济可行性。”他们还补充说,在部分阳光下生长的植物具有更高生物量。“虽然这类可调式光伏系统目前仍缺乏成本竞争力,但它们在农业光伏这一利基市场上能够提供优于传统硅太阳能电池的优势,因此有望实现商业化并不断改进。”

今年10月份,研究小组公布了SCAPV系统的基本设计。他们在安徽对系统进行了户外实测,发现每公顷的发电量为107 MWh。系统的整体效率可达11.6%,科学家们称这是有史以来利用光谱分离技术创下的最高效率。

 
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