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聚光型太陽能電池
 

作者:江志宏
 

         聚光型太陽能電池是[聚光型太陽能電池(Concentrator Photovoltaic)]+[高聚光鏡面菲涅爾透鏡(Fresnel Lenes)]+[太陽光追蹤器(Sun Tracker)]的組合,其太陽能能量轉換效率可達31%~40.7%,雖然轉換效率高但是由於向陽時間長,過去用於太空產業,現在搭配太陽光追蹤器可用於發電產業,比較不適合用於一般家庭,聚光型太陽能電池主要材料是[砷化鎵](GaAs),也就是三五族(III-V)材料,一般矽晶材料只能夠吸收太陽光譜中400~1,100nm波長之能量,而聚光型不同於矽晶圓太陽能技術,透過多接面化合物半導體可吸收較寬廣之太陽光譜能量,目前以發展出三接面InGaP/GaAs/Ge的聚光型太陽電池可大幅提高轉換效率,三接面聚光型太陽電池可吸收300~1900nm波長之能量相對其轉換效率可大幅提升,而且聚光型太陽能電池的耐熱性比一般晶圓型太陽能電池又來的高。

核研所聚光型太陽能發電系統

聚光型太陽能模組

聚光型太陽能電池

能量轉換率比較:
薄膜型太陽能(7%~12%)、晶圓型太陽能(12%~20%)、傳統核能電廠(30%)、火力發電(36.8%)、聚光型太陽能(31%~40.7%)、新式核能電廠(42~57%)

         聚光型太陽能電池可通過使用透鏡將光聚集到狹小的面積上來提高發電效率。不過因聚光引起的溫度上升會損傷太陽能電池單元及發電系統,因此往往必須要抑制聚光率才可以。聚光型太陽電池假如使用聚光倍率為1000倍的透鏡時,單位模組的太陽能電池單元的成本可降至結晶矽類電池單元的1/10左右,而所需的面積僅矽晶圓的1/2.5,另外聚光型太陽能電池必須要在位於透鏡焦點附近時才能發揮功能,因此為使模組總是朝向太陽的方位,必須搭配使用太陽追蹤系統,此設計雖然可以提高轉換效率,但卻存在透鏡、聚光發熱釋放槽以及太陽光追蹤系統的重量及體積較大..等問題,因此不適於裝在日式住宅的屋頂使用。

聚光型太陽能電池的菲涅爾透鏡聚光率範圍:
500~1600倍

聚光型太陽能模組示意圖

   

追日聚光型太陽能電池太陽能

 

太陽能材料對光譜的吸收能力表

 

矽(Si)與砷化鎵(GaAs)對溫度的發電轉換效率比較

聚光型太陽能電池專有名詞整理:

Aluminum Heat Sink

鋁製散熱板

Ambient Temperature

環境溫度

Amorphous

非晶矽

Amorphous silicon, a-Si

非結晶矽

AM0

太陽光在大氣層外的平均照度稱為AM0,其功率約1300W/m^2

AM1

太陽光透過大氣層後與地表呈90度時的平均照度稱為AM1,其功率約925W/m^2

AM1.5

AM1.5用來表示地面的平均照度,是指陽光透過大氣層後,與地表呈45°時的光強度,功率約844W/m^2,在國際規範(IEC 891IEC 904-1)AM1.5的功率定義為1000W/m^2

Conduction

熱傳導

Conduction Band

導電帶

Convection

熱對流

CPV

聚光型太陽能(Concentrator Photovoltaic)

CBTL

標準實驗室認證機構(Certification Body Testing Laboratory)

Charge Controller

過充放電控制器

Dopant

雜物

Electron Hole Pairs

電子電洞對

Epitaxy

磊晶

Fresnel Lenes

菲涅爾透鏡[涅爾鏡片是根據法國光物理學家FRESNEL發明的原理採用電鍍模具工藝和PE(聚乙烯)材料壓制而成。鏡片表面刻錄了一圈圈由小到大,向外由淺至深的同心圓,從剖面看似鋸齒。圓環線多而密感應角度大,焦距遠;圓環線刻錄的深感應距離遠,焦距近。

GaAs

砷化鎵

Ge

Germanium Substrates

鍺基板

Graphite Board

石墨板

Grid-connected system

併聯型發電系統

Heat Pipe Technique

導熱管

eated zone

加熱區

Hydride

氫化物

Lead acid battery

鉛酸電池

Lithium ion battery

鋰離子電池

Liquid Phase Epitaxy, LPE

液態磊晶技術

InGaP

磷化鎵銦

Ingot

晶錠

Junction Temperature

接面溫度

Metal Organic Vapor Phase Epitaxy, MOVPE

金屬有機氣相磊晶技術

Multijunction Concentrators

多介面太陽能電池

Nanoparticle processing

奈米粒製程

Nickel cadmium battery

鎳鎘電池

Nickel hydrogen battery

鎳氫電池

Natural Convection

自然對流

Off grid-connected system

獨立型發電系統

Photocurrent

光生載子

Photovoltaic

太陽光電池

Photovoltaic Diode, PVD

發電二極體

Photovoltaic Module

太陽光電模組

Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD

電漿式化學氣相沈積法

Polymer lithium battery

高分子鋰電池

Polycrystal silicon

多晶矽

Polymer processing

高分子製程

Radiation

熱輻射

Secondary lithium battery

二次鋰電池

Single crystal silicon

單晶矽

Silicon processing

矽製程

Solar Cell

太陽能電池晶片

Solar Concentrator Module

聚光型太陽能模組

Substrate

陶瓷基板

Susceptor

基座

Sun Tracker

太陽光追蹤器

Thermal Fatigue Life

熱疲勞壽命

Thin-film processing

薄膜製程

Transparent conductors

透光導體

Valance Band

價電帶

Wafer

晶圓

聚光型太陽能試驗規範:
IEC 62108:聚光太陽能接收器和零件之評估標準
IEEE 1513:聚光型太陽能接收部分與模組的合格評定規章

聚光型太陽能產業供應鏈:
聚光型太陽能晶圓:全新光電晶元光電核能研究所嘉晶電子瀚昱能源科技禧通科技太聚能源華宇光能
                                          華旭光電、穩懋半導體
聚光型太陽能晶圓封裝:海德威電子
聚光型太陽能試驗設備:慶聲科技
聚光型太陽能模組:億芳能源核能研究所億光電子佰鴻工業東貝光電立碁光能
聚光型太陽能接收器模組:台達電子華旭環能

技術資料:

太陽能模組HAST與PCT試驗 太陽能模組HAST與PCT試驗說明
 PV模組&HAST試驗目的 太陽能模組應用HAST試驗目的
 交流太陽能模組 交流太陽能模組&微逆變器
 太陽能模組EVA膜介紹 太陽能模組EVA膜介紹
 溫度循環試驗目的 溫度循環、濕冷凍、濕熱三項試驗的試驗目的
 薄膜太陽能電池 薄膜太陽電池相關試驗說明介紹
 聚光型太陽能電池 聚光型太陽能電池
太陽能電池開路測試系統 太陽能電池開路測試系統
 太陽能測試條件 提供太陽能產業各項相關產品之試驗條件參考
 太陽能相關技術網址 提供太陽能產業之相關技術網址
 太陽能試驗規範列表 提供太陽能產業相關國際規範列表
太陽能相關專有名詞整理 提供太陽能之專有名詞整理及解釋
 IEC61215晶圓太陽能電池 IEC 61215 太陽能模組可靠度試驗
 IEEE1513聚光太陽能電池 IEEE 1513 溫度循環試驗&濕冷凍試驗&濕熱試驗
 UL 1703 平板型太陽能 UL1703 平板型太陽能組件安全認證標準
 IEC61646薄膜太陽能電池 IEC 61646 薄膜太陽光電模組測試標準
 IEC61730太陽能電池安全 IEC61730 太陽能電池系統安全鑒定-結構與測試要求
 IEC62108聚光太陽能電池 IEC62108 聚光太陽能接收器和零件之評估標準
 太陽能試驗項目比較表 太陽能電池可靠度試驗項目比較
 太陽能電池試驗常見問題 太陽能電池試驗常見問題

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