第一部分：太陽(yáng)能電池生產(chǎn)商在降低制造成本及提高產(chǎn)品效率方面一直不遺余力。但是如果光伏系統(tǒng)安裝及收集電能的外圍設(shè)備方面的成本抵消掉制造方面節(jié)省的成本，而且導(dǎo)致終端用戶(hù)使用成本上升的話，生產(chǎn)商的這些努力無(wú)疑會(huì)付之東流。Joyce Laird報(bào)道了在用戶(hù)方面有哪些工作正在進(jìn)行中，以推動(dòng)光伏利用轉(zhuǎn)變成普遍的現(xiàn)實(shí)，即以合理的成本滿足所有的需求。
能源收集技術(shù)創(chuàng)新
目前有許多新的外圍設(shè)備正在開(kāi)發(fā)中，用于提高光伏系統(tǒng)的效率。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(National Semiconductor)是一家著名的半導(dǎo)體及集成電路制造商，其旗下Renewable Energy Group也非常知名。這家總部位于美國(guó)加州的半導(dǎo)體制造商正試圖將IC技術(shù)應(yīng)用到光伏領(lǐng)域。
“我們采取的方式是將分配式電子應(yīng)用到光伏系統(tǒng)中，希望可以提高能源收集效率，”Renewable Energy Group總監(jiān)Ralf Muenster說(shuō)。“我們不了解背后的技術(shù)，我們的目的是要解決目前所有光伏系統(tǒng)中存在的一些缺陷。”
基本逆變器技術(shù)存在的問(wèn)題是，即使是最小的失配也會(huì)給能源收集帶來(lái)相當(dāng)大的影響。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電池板陰影遮蔽面積僅為1.5%時(shí)，光伏系統(tǒng)發(fā)電量會(huì)損失17%;而當(dāng)陰影面積達(dá)10%時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)發(fā)電量會(huì)減少50%，甚至更多。
國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的SolarMagic是一個(gè)尺寸較小的電源優(yōu)化裝置，僅有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，既可以用于已經(jīng)存在的系統(tǒng)中，也可以配套到新系統(tǒng)中，安裝在電池板后面。該裝置可以將太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電能(不管是占總發(fā)電量的100%還是50%)進(jìn)行優(yōu)化，并傳輸給逆變器。“我們可以幫助光伏系統(tǒng)挽回大約50%～60%的電量損失。”Muenster說(shuō)。
他指出最終最好的解決辦法就是將IC板整合到電池板后面的接線盒里。國(guó)家半導(dǎo)體公司目前正針對(duì)這個(gè)目標(biāo)與電池板生產(chǎn)商進(jìn)行合作，希望能盡快推出整合后的系統(tǒng)。不過(guò)在該系統(tǒng)推出前，SolarMagic模塊可以幫助解決電量損失的問(wèn)題。
“我們只是想把我們的技術(shù)帶給所有的電池板生產(chǎn)商，告訴他們?cè)鯓釉O(shè)計(jì)PCB板并保證其可靠性。當(dāng)PCB板整合到接線盒中后可以至少使用25年，我們提供電子方面的技術(shù)。我們的解決方案可以滿足各種需求，從私人住宅到商業(yè)用途再到公用工廠等。”
以色列Solar Edge公司也開(kāi)發(fā)了一種電量收集技術(shù)。他們推出的系統(tǒng)包含三個(gè)部件，分別是用作模塊式最大功率追蹤器(MPPT)的PowerBox、高效率逆變器及用于模塊式監(jiān)測(cè)和故障診斷的網(wǎng)絡(luò)顯示平臺(tái)。PowerBox嵌入到電池模塊生產(chǎn)商的每個(gè)模塊中，而不是放到接線盒中。PowerBox還可以由光伏系統(tǒng)安裝承包商負(fù)責(zé)整合到晶體硅、薄膜及聚光光伏模塊中。
“光伏系統(tǒng)的效率還很低。一直以來(lái)人們都是將技術(shù)開(kāi)發(fā)放在提高電池片效率方面，而不是從整個(gè)系統(tǒng)的角度進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，”Solar Edge公司產(chǎn)品戰(zhàn)略及業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)副總裁Lior Handelsman說(shuō)。“如果整個(gè)光伏系統(tǒng)連接到一個(gè)逆變器上，該逆變器是無(wú)法對(duì)來(lái)自不同模塊的電量進(jìn)行優(yōu)化的，這會(huì)造成2%~25%的電量損失。”
Solar Edge公司采取了另外一種方式進(jìn)行電能的收集，即從單個(gè)模塊上進(jìn)行電能收集。Solar Edge開(kāi)發(fā)了一個(gè)小型晶片，將其安裝到每個(gè)電池模塊后面的接線盒里，這樣就可以改變所有電量都匯總到一個(gè)大型逆變器里的收集方式。
這樣逆變器的作用就是在電能最終輸入電網(wǎng)前將直流電轉(zhuǎn)變成交流電。“系統(tǒng)發(fā)電容量與逆變器相匹配，而且我們非常清楚每一個(gè)電池片的運(yùn)行情況。此外單個(gè)電池片無(wú)論出現(xiàn)什么問(wèn)題也不會(huì)影響整個(gè)線路的效率，”Handelsman說(shuō)。“正因?yàn)檫@樣，你可以采用各種類(lèi)型的逆變器，包括簡(jiǎn)單、成本較低的產(chǎn)品，即便如此，也還可以將系統(tǒng)輸出電量提高2%~25%。我們的技術(shù)支持所有類(lèi)型的光伏模塊，功率可達(dá)到100伏。”
Borrego公司為其客戶(hù)提供的服務(wù)，都是從可行性分析到設(shè)計(jì)再到系統(tǒng)安裝
安裝支架
光伏電池板安裝不得當(dāng)也不能保證系統(tǒng)正常的發(fā)電。最專(zhuān)注這一領(lǐng)域的公司也許是總部位于德國(guó)的Schletter公司.。該公司主要提供支架系統(tǒng)，用于居民房頂及大型地面光伏系統(tǒng)安裝，包括定制安裝。他們目前還設(shè)計(jì)模塊化產(chǎn)品，為集成商實(shí)施太陽(yáng)能項(xiàng)目提供交鑰匙支架解決方案。
“我們大部分支架在交付給客戶(hù)前基本都完成了70%的安裝工作，”Schletter公司位于美國(guó)亞利桑那州新工廠的高級(jí)銷(xiāo)售經(jīng)理Sven Kuenzel表示。“從結(jié)構(gòu)上看，我們的產(chǎn)品基本上就是‘即插即用’型，這不僅大幅節(jié)省了安裝時(shí)間，還節(jié)省了大量的人力，這也是成本節(jié)省的關(guān)鍵。有人認(rèn)為支架本身在制造成本上已經(jīng)沒(méi)有降低的余地了，對(duì)太陽(yáng)能電池生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)也是如此。成本還可以進(jìn)一步得到降低的是安裝過(guò)程，讓整個(gè)系統(tǒng)的安裝更快更可靠是關(guān)鍵。”他說(shuō)。
夏普太陽(yáng)能解決方案集團(tuán)(Sharp Solar Energy Solutions Group)在太陽(yáng)能領(lǐng)域的業(yè)務(wù)很廣，從si-PV到CIGS太陽(yáng)能電池生產(chǎn)。該集團(tuán)位于加州的公司副總裁Ron Kenedi表示，夏普雖然不進(jìn)行系統(tǒng)安裝，但夏普提供的產(chǎn)品可以幫到負(fù)責(zé)項(xiàng)目施工的企業(yè)。
“我們的支架在商用光伏系統(tǒng)安裝方面易于操作，還為居民用光伏系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)完整的系統(tǒng)，稱(chēng)作OnEnergy。該系統(tǒng)包含加了框架的太陽(yáng)能電池模塊及逆變器。OnEnergy在交付到現(xiàn)場(chǎng)后，承包商只要安裝好即可使用。”Kenedi說(shuō)。
夏普OnEnergy太陽(yáng)能系統(tǒng)采用UL認(rèn)證的欄桿相連的接地方式，這樣做就不用在整個(gè)陣列的不同模塊之間還采用地線進(jìn)行連接。該系統(tǒng)的支架事先切割好，而且鉆好孔，欄桿的數(shù)量也減少了，此外還帶有安裝工具，所需的接地片和銅線也不多。OnEnergy系統(tǒng)可以有效幫助減少安裝時(shí)間，從而也降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本。
“在大型公用規(guī)模的光伏系統(tǒng)方面，我們正在與承包商進(jìn)行合作，希望為我們的薄膜太陽(yáng)能模塊提供最好的系統(tǒng)。我們已經(jīng)設(shè)計(jì)出了不用水泥的安裝方式，通過(guò)一種特殊設(shè)備將支架打到地上，整個(gè)模塊就安裝好了，”Kenedi說(shuō)。
國(guó)家半導(dǎo)體公司提供的設(shè)備采用分配式電子技術(shù)可以使光伏系統(tǒng)能源收集效率最大化
(圖片由國(guó)家半導(dǎo)體公司Renewable Energy Group提供)。
各種層面的系統(tǒng)集成商
系統(tǒng)集成商可以其獨(dú)特的視角了解整個(gè)光伏行業(yè)的現(xiàn)狀，以及影響太陽(yáng)能獲得廣泛應(yīng)用的因素。所有這些集成商在為其客戶(hù)提供服務(wù)時(shí)，都采用從可行性分析到設(shè)計(jì)再到系統(tǒng)安裝這樣的流程。
總部位于馬薩諸塞州的Borrego Solar Systems公司就是這樣一家集成商。“我們專(zhuān)注于商業(yè)建筑和市政設(shè)施如學(xué)校的光伏系統(tǒng)安裝，而且我們對(duì)光伏技術(shù)本身并不了解。我們需要能夠利用最好的解決方案來(lái)進(jìn)行項(xiàng)目的實(shí)施，”該公司CEO Ike Hall表示。“基本上所有的客戶(hù)都希望取得好的效果，如果我們不能保證這一點(diǎn)的話，整個(gè)項(xiàng)目就失去了意義。此外，我們還會(huì)幫助客戶(hù)把風(fēng)險(xiǎn)降到最低，我們需要保證整個(gè)系統(tǒng)及部件至少運(yùn)行25年。”
要做到這一點(diǎn)，Borrego需要與擁有成熟技術(shù)及良好財(cái)務(wù)狀況的公司進(jìn)行合作，不管是電池生產(chǎn)商還是系統(tǒng)外圍設(shè)備供應(yīng)商。投資人一般不愿意與一家沒(méi)有保障的有合資背景的公司一起承擔(dān)財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。“我們感覺(jué)到，當(dāng)市場(chǎng)越來(lái)越成熟時(shí)，大家關(guān)注的重點(diǎn)將轉(zhuǎn)向能源購(gòu)買(mǎi)上，而不是系統(tǒng)購(gòu)買(mǎi)上。最終，我們想發(fā)展成為一家可以涵蓋所有領(lǐng)域的能源服務(wù)供應(yīng)商，”Hall表示。
Innovateus Solar是一家全球性光伏產(chǎn)品銷(xiāo)售商，經(jīng)常與一些公司保持緊密合作，進(jìn)行商業(yè)性屋頂光伏系統(tǒng)的安裝。讓正確的系統(tǒng)安裝在正確的位置并得到正確的使用是該公司的終極目標(biāo)。在項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，Innovateus Solar公司首先會(huì)了解一下屋頂?shù)念?lèi)型，然后是地理位置。這些因素決定了什么類(lèi)型的電池板、采取怎樣的安裝方式可以取得最好的效果。
Meridian Solar公司設(shè)計(jì)副總裁Charley Farmer表示他最近看到的最有吸引力的技術(shù)就是Solyndra公司生產(chǎn)的光伏模塊。“吸引我的地方就是Solyndra創(chuàng)建了完全不同的形式，解決了CIGS光伏電池模塊一直以來(lái)面臨的問(wèn)題。在跨度較大的而且采用TPO材料的屋頂(比如倉(cāng)庫(kù))上安裝商業(yè)用光伏發(fā)電系統(tǒng)，用戶(hù)肯定不想他們的屋頂被打穿很多洞。而且這樣的屋頂也不能像面積相對(duì)較小的商業(yè)建筑屋頂那樣承載太多重量。Solyndra公司的光伏系統(tǒng)非常輕，大約3磅/ft2,(相當(dāng)于14.65kg/m2 — 譯者注)，而傳統(tǒng)的系統(tǒng)大概為10~20磅。且該系統(tǒng)就好像樂(lè)高玩具一樣可以簡(jiǎn)單拼裝起來(lái)，不用在屋頂上打樁。我們對(duì)這個(gè)產(chǎn)品非常期待。”
Farmer認(rèn)為還有一個(gè)引起廣泛興趣的產(chǎn)品是獨(dú)立逆變器，以及最新的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷霓D(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，包括國(guó)家半導(dǎo)體公司的SolarMagic模塊和Enphase公司的微型逆變器。“你會(huì)看到這些公司的市場(chǎng)份額越來(lái)越大。到目前為止，我們所安裝的光伏系統(tǒng)中有15%都采用了Enphase公司的技術(shù)。”
針對(duì)市場(chǎng)本身，F(xiàn)armer對(duì)法規(guī)持有鮮明的觀點(diǎn)。他認(rèn)為，“有大量太陽(yáng)能系統(tǒng)的安裝根本沒(méi)有使用任何注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，他們就想當(dāng)然地認(rèn)為建筑物可以承受住額外加在上面的重量。美國(guó)目前還沒(méi)有相關(guān)法規(guī)要求，因此項(xiàng)目的實(shí)施具有很大危險(xiǎn)性。我們?cè)贛eridian市就聘請(qǐng)了一位獨(dú)立的結(jié)構(gòu)工程師，幫助我們對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析，確保安裝系統(tǒng)后不會(huì)影響公共安全。”
安裝項(xiàng)目的合作
位于紐約的Pristine Eco Systems公司主要業(yè)務(wù)是承接安裝工程，公司在電氣和建筑兩個(gè)領(lǐng)域擁有的專(zhuān)業(yè)技術(shù)讓其可以對(duì)太陽(yáng)能行業(yè)有個(gè)相對(duì)全局的認(rèn)知。公司所有者Greg Darvin說(shuō)：“我們?cè)O(shè)定了一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)。在向客戶(hù)推薦太陽(yáng)能系統(tǒng)之前，我們會(huì)詳細(xì)了解客戶(hù)目前采用的所有能源利用途徑。整個(gè)系統(tǒng)不僅要符合審美標(biāo)準(zhǔn)，還要正確地安裝，此外要考慮很多結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題。”
與其他集成商和安裝承包商一樣，Darvin也認(rèn)為該行業(yè)缺乏相應(yīng)的法規(guī)。以美國(guó)為例，唯一的認(rèn)證形式是NABCEP(北美能源從業(yè)者認(rèn)證理事會(huì))。美國(guó)總共有800家公司獲得了NABCEP認(rèn)證，Pristine公司便是其中之一。“我們需要一個(gè)國(guó)家性的認(rèn)證委員會(huì)，此外，每個(gè)州也應(yīng)該有一個(gè)委員會(huì)。目前除了一般能源外還沒(méi)有此類(lèi)委員會(huì)，而一般能源認(rèn)證委員會(huì)根本無(wú)法解決太陽(yáng)能行業(yè)獨(dú)特的需求。太陽(yáng)能行業(yè)需要有針對(duì)性的專(zhuān)業(yè)技能來(lái)確保項(xiàng)目安全順利的開(kāi)展，”Darvin說(shuō)。
位于美國(guó)紐約的Pro-Tech Energy Solutions LLC和Whitman公司是另外一個(gè)在太陽(yáng)能系統(tǒng)安裝方面取得成功合作的例子。Pro-Tech公司總裁John Drexinger表示，自從與Whitman公司合作以來(lái)，他們已經(jīng)在新澤西州安裝了總發(fā)電容量超過(guò)11MW的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。“擁有一個(gè)在建筑和物理工程方面具有專(zhuān)長(zhǎng)的公司作為合作伙伴非常關(guān)鍵。在項(xiàng)目的每個(gè)方面都需要有專(zhuān)業(yè)人員，而不僅僅是能源方面，這點(diǎn)尤其重要，”他說(shuō)。
Whitman公司總裁Barry Skoultchi和總監(jiān)Carey Ruetsch都認(rèn)為與Pro-Tech公司的合作為那些計(jì)劃利用太陽(yáng)能的商業(yè)及工業(yè)化公司提供了更加全面的工程服務(wù)。“Whitman公司作為一家涉及多學(xué)科的工程公司在這個(gè)行業(yè)運(yùn)營(yíng)了25年。我們?yōu)镻ro-Tech公司提供屋頂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工程在設(shè)計(jì)方面的工程支持。”Ruetsch說(shuō)。
這兩家公司還有一個(gè)業(yè)務(wù)與其他項(xiàng)目實(shí)施承包商不同 — 他們會(huì)在不同地點(diǎn)針對(duì)不同的太陽(yáng)能電池板品牌對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了解和評(píng)估。“你不能一直采用一種技術(shù)，只有在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估才能找到最合適的技術(shù)。”Drexinger說(shuō)。
未來(lái)概念
加州的Cool Earth公司在公用規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電方面擁有迄今為止最獨(dú)特的概念，即太陽(yáng)能氣球。該公司還沒(méi)有真正開(kāi)始開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能氣球聚光器，只是以低成本方式進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，有效地捕捉光子進(jìn)行發(fā)電，該技術(shù)也在發(fā)展中。“氣球就是聚光器。氣球表面的整個(gè)前面部分是透明的塑料，而內(nèi)表面采用了鋁涂層，”Cool Earth公司CEO Rob Lamkin說(shuō)。
當(dāng)面向太陽(yáng)時(shí)，膨脹的氣球就會(huì)將光聚焦到內(nèi)部的光伏電池片上，電池片捕捉光子然后轉(zhuǎn)變成電能。膨脹后的太陽(yáng)能聚光器直徑約為10英尺(約3米 — 譯者注)，而太陽(yáng)能電池片材料的長(zhǎng)度只有8英寸(約0.2米 — 譯者注)。接收器中間的太陽(yáng)能電池是空間級(jí)硅材料或復(fù)合半導(dǎo)體材料，如SolFocus系統(tǒng)中采用的材料。
Cool Earth公司表示他們將于明年夏天開(kāi)始建設(shè)第一個(gè)商業(yè)用公用規(guī)模的發(fā)電廠。Lamkin表示第一個(gè)工廠發(fā)電量約為1～2MW(技術(shù)驗(yàn)證)，之后的工廠將達(dá)到10MW規(guī)模。“我們的目的不是為了賣(mài)設(shè)備。我們會(huì)將太陽(yáng)能電廠發(fā)的電直接賣(mài)給大型公用單位，”他說(shuō)。
今天，不管是商業(yè)公用規(guī)模還是居民住宅用途，光伏系統(tǒng)安裝方面的創(chuàng)新技術(shù)都在不斷提高太陽(yáng)能的成本效益和安全性。太陽(yáng)能電池模塊、固定裝置及設(shè)備供應(yīng)商都在積極推出新的產(chǎn)品。在為某些應(yīng)用領(lǐng)域選擇最佳解決方案時(shí)，光伏系統(tǒng)安裝公司可以充分利用這些創(chuàng)新產(chǎn)品和技術(shù)。(end)
