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新創團隊開發新聚光型太陽能電池板,發電效率可達 36.4%

作者/Pa Chuang、Valerie Hung

說到太陽能的推廣與普及,就不能不談太陽能電池(Solar Cell)的能源轉換效率,這影響了使用太陽能發電系統的投資報酬率。

一般住宅或工廠屋頂所見的太陽能矽電池,轉換效率通常只有 17-20%,而如航太機構所使用的太陽能板,轉換率雖然高達 45%,但價格也會高到讓一般大眾卻步。多年來許多科學家一直努力想辦法提升太陽能電池的轉換效率,如仿效玫瑰花花瓣的結構同時吸收陽光中的光與熱

而由洛桑瑞士聯邦理工學院(EPFL)三位畢業生組成的再生能源新創團隊 Insolight 提出的解決方案則是:用更合理的成本將陽光集中到小範圍的太陽能電池板。該團隊宣稱其開發的新聚光型太陽能發電技術有效提升轉換率,已被德國 Fraunhofer 獨立實驗室證實轉換率高達 36.4%。

圖片來源:Insolight
圖片來源:Insolight。左為一般太陽能聚光版之示意圖,右為 Insolight 團隊所開發的聚光技術示意圖。

Insolight 技術長葛利奇(Florian Gerlich)解釋,雖然近年太陽能板的價格大幅下滑,但發電的成本還不能算是有競爭力。以美國 2015 年的家用太陽能系統為例,太陽能板只占整體安裝成本不到 20%,就算繼續降低,仍然無法抵銷太陽能整體系統的費用。而目前,太陽能開發商大部分的利潤來自於補貼,只是補貼金額一直在下降。

而 Insolight 團隊的設計概念就如同洗澡時,將蓮蓬頭的水引導並集中至一兩個排水孔,不需要把排水管擴大到整個地板。同理,若要收集我們親愛的陽光,何不想辦法讓所有太陽光持續集中在一塊小塊電池上?這樣可以節省材料成本,更高效且經濟實惠。

降低聚集太陽光的成本

雖然傳統的太陽能聚光器(solar concentrator)已經能做到這件事,但缺點就是需要不斷地對準太陽。常見方式是將集中器朝向陽光的入射角度傾斜。但如果要讓如此複雜且體積龐大的太陽能板精確地移動,不論是成本費用或可靠性問題(風力負載程度)都非常令人頭痛。

因此,Insolight 團隊發展出一套獲得專利認證的技術:微型追蹤系統(microtracking)。這種創新的技術讓集中器維持在固定的位置,就能追蹤來自所有方位的陽光,且安裝方式和傳統的太陽能板一樣簡易。

圖片來源: EPFL/Alain Herzog (Insolight)
圖片來源: EPFL/Alain Herzog (Insolight)

Insolight 研發出一種薄而透明的塑膠製光學層,它能將陽光引導到幾小塊效率極高的太陽能電池上(用於航太領域,但成本很高)。每天只需挪動幾公厘,就能全程利用太陽光能來發電,而不用考慮太陽移動時的入射角度變化。這塊以射出成型方式製造的透明板子由許多透明半圓小透鏡組成,這些小套件組成放大鏡網路,再套上金屬框架,用來對準基板上一塊塊只有數平方公厘大小的高效太陽能電池。

圖片來源:Insolight 影片截圖。
透鏡把陽光引導到占地小但效率高的太陽能電池上。圖片來源:Insolight 影片截圖。

其實,世界各地有好幾個實驗室都在開發類似的系統,不過 Insolight 團隊 CTO 馬修·艾克曼(Mathieu Ackermann)認為自家產品最大的差異在於:「一開始就把所有組件設計成可輕易大規模生產。」因為它與傳統太陽能電池板的安裝方式無異,只要以標準方式安裝即可。Insolight 指出這種新型的太陽能電池目前已進入產品測試的階段,期待不久的未來就能進入市場量產階段。

影片來源:EPFL

參考資料:


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封面圖片來源:EPFL

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Pa Chuang

PanX 實習編輯。 左手文、右手理,舉頭三尺想社會。不擅長二元對立,解決問題需要理性與感性並用。

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