與常規光伏(fu)電(dian)站一樣，高(gao)倍(bei)聚光電(dian)站也(ye)是25年(nian)的(de)質(zhi)保(bao)，所以電(dian)站必須(xu)非常可靠(kao)。
一個名為“高倍聚(ju)光(guang)模(mo)組(zu)和(he)裝(zhuang)配(pei)-設計(ji)規格和(he)定型”的(de)標準（IEC62108）已(yi)經在2007年頒布(bu)實(shi)施，作為進(jin)入市場的(de)強制性(xing)要求。今天，已(yi)經有許多公司根據(ju)這個標準通過了產(chan)品(pin)檢驗(yan)。同時(shi)，附加的(de)UL和(he)IEC標準（涵(han)蓋功(gong)率和(he)能量標定、模(mo)組(zu)安全、跟蹤器(qi)、光(guang)學、芯片裝(zhuang)配(pei)等(deng)等(deng)）已(yi)經頒發或正在制定之中。
展望：關于系統成本和平準化電力成本
聚光系(xi)統的市場價格和成本信息很難取(qu)得。
這是(shi)由于市(shi)場(chang)比較小(xiao)，活躍的(de)(de)公司并不多(duo)。這樣，學(xue)習曲(qu)線并不是(shi)那么可靠，系統成本(ben)和(he)平準化電(dian)力成本(ben)（LCOE或度電(dian)成本(ben)）的(de)(de)分析(xi)也具有很大的(de)(de)不確定性，除非市(shi)場(chang)上已經有了(le)足(zu)夠多(duo)的(de)(de)并網發電(dian)項目安裝量。
2013年(nian)，Fraunhofer發(fa)表了一個可再生能源的(de)平準(zhun)化電力成本的(de)深入(ru)研究。其中(zhong)也包括了對(dui)高倍(bei)聚(ju)光(guang)的(de)分析，根(gen)據(ju)的(de)是基于公開(kai)發(fa)表的(de)數據(ju)所作的(de)假設。
加拿大的(de)(de)渥太華大學的(de)(de)一個小組也作過類似的(de)(de)報告(gao)。根(gen)據(ju)行業(ye)調查和(he)文獻，聚光光伏的(de)(de)價格(ge)（含安裝），大多在(zai)1400歐元(yuan)/千瓦(wa)和(he)2200歐元(yuan)/千瓦(wa)之(zhi)間，根(gen)據(ju)不同的(de)(de)設計(ji)概念(nian)和(he)新(xin)的(de)(de)地區差異而不同。
而根(gen)據技術經濟性分析，我們計算得(de)到聚光(guang)電站的(de)平準化電力成(cheng)本，則(ze)為0.1歐(ou)元/度(du)~0.15歐(ou)元/度(du)（DNI輻(fu)射度(du)2000kWh/m2/a的(de)地(di)區），0.08歐(ou)元/度(du)~0.12歐(ou)元/度(du)（DNI輻(fu)射度(du)2500kWh/m2/a的(de)地(di)區）。
對于聚光光伏(fu)，未來(lai)市場發展有很大的(de)(de)不確定性(xing)，技(ji)術進步(bu)帶(dai)來(lai)成本的(de)(de)下降的(de)(de)可能性(xing)也是存在(zai)的(de)(de)。分析表明，未來(lai)度(du)電成本下降的(de)(de)潛(qian)力將(jiang)繼續(xu)鼓勵技(ji)術的(de)(de)發展。如(ru)果保持(chi)聚光光伏(fu)電站(zhan)的(de)(de)安(an)(an)裝(zhuang)，到2030年，聚光光伏(fu)將(jiang)達到0.045歐(ou)(ou)元/度(du)~0.075歐(ou)(ou)元/度(du),系統價格（含(han)安(an)(an)裝(zhuang)）將(jiang)達到700歐(ou)(ou)元/千瓦~1100歐(ou)(ou)元/千瓦。
從圖(tu)1可以看到，在(zai)一些日(ri)照比較好的(de)地區(qu)，高倍(bei)聚(ju)光的(de)成本(ben)已經和(he)平板(ban)晶硅的(de)成本(ben)可以比擬，或(huo)者(zhe)更低。
展望：研發和技術
高光(guang)電轉換效率是(shi)促(cu)使高倍聚(ju)光(guang)度(du)電成本具(ju)有競爭(zheng)力(li)的(de)最大因素。因而，絕大多數的(de)研發努力(li)都(dou)放在如何提(ti)高效率，無論(lun)是(shi)在芯片、模組還是(shi)在系(xi)統(tong)水(shui)平(ping)上。
圖2顯示了自(zi)2000年以來芯片、模組和系(xi)統效率的(de)(de)提升，強調(diao)了研(yan)發(fa)努力(li)的(de)(de)進展。這些趨勢線(xian)是來自(zi)歐洲研(yan)發(fa)平(ping)臺的(de)(de)預期，這預計了聚光技術(shu)效率提升的(de)(de)巨大潛力(li)。
效(xiao)率(lv)問題：III-V族多結電(dian)池是聚光技術度電(dian)成本(ben)下降的主要推手。
從2002年以來，每年的效率提升在(zai)0.9%以上。Sharp公司和Fraunhofer實驗(yan)室達到(dao)(dao)了今天的冠軍效率，分別為三結電池(chi)44.4%和四結電池(chi)46.0%，46.5%的效率也已(yi)經出現，但還(huan)未得到(dao)(dao)權(quan)威檢測(ce)機(ji)構的證實。
商業(ye)化產(chan)(chan)品的效率(lv)與實(shi)驗(yan)室效率(lv)相(xiang)當(dang)接近(jin)，說明高倍聚(ju)光技術(shu)的商業(ye)化轉化非常迅速。根據(ju)一些(xie)公司的產(chan)(chan)品數據(ju)規格書，現在(zai)商業(ye)化聚(ju)光芯(xin)片的效率(lv)在(zai)38%~42%。
與其他光伏技術相(xiang)比(bi)，聚光技術的高(gao)效(xiao)率可以這樣來解釋。
首先(xian)，聚光芯片是元素周期(qi)表的III族和V族元素的化合物晶體(ti)制作(zuo)，由不(bu)(bu)同的半導體(ti)材(cai)料按禁帶寬(kuan)度(du)由低到(dao)高順(shun)序堆砌(qi)而(er)成的。這樣做不(bu)(bu)僅是減少(shao)了光子吸(xi)收(shou)過程中的熱(re)損失(shi)，因(yin)不(bu)(bu)同能量的光子對應不(bu)(bu)同半導體(ti)帶寬(kuan)的材(cai)料吸(xi)收(shou)，更重要的是，跟單結結構(gou)相比，在透射損失(shi)減少(shao)的同時，光子吸(xi)收(shou)范圍也大大增加。
同時，III-V族材(cai)(cai)料(liao)是直接(jie)帶半(ban)導體(ti)，光子吸收(shou)效率(lv)很高，可以把材(cai)(cai)料(liao)做得非常薄(bo)。對比硅(gui)(gui)材(cai)(cai)料(liao)，硅(gui)(gui)是間接(jie)半(ban)導體(ti)材(cai)(cai)料(liao)，吸收(shou)光子的能力(li)比較低，硅(gui)(gui)片通常要(yao)作的比較厚(hou)。
具體(ti)來說，廣泛使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)III-V族聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)芯片結構(gou)，是(shi)晶(jing)格匹配的(de)(de)(de)GaInP/InGaAs/Ge，這種(zhong)材(cai)(cai)料(liao)(liao)不僅地面(mian)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)伏(fu)使(shi)用(yong)(yong)，在太空上也已經是(shi)成熟的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)了。這種(zhong)器(qi)件是(shi)利用(yong)(yong)產(chan)出效(xiao)(xiao)率(lv)很高的(de)(de)(de)氣相外延生長設(she)(she)備(MOCVD)生產(chan)的(de)(de)(de)，這種(zhong)結構(gou)中的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)是(shi)跟Ge晶(jing)格匹配的(de)(de)(de)，因此這種(zhong)結構(gou)的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)晶(jing)體(ti)質量非常高，2009年其光(guang)(guang)(guang)電效(xiao)(xiao)率(lv)達(da)到了41.6%(AM1.5d，364倍聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)比)。采用(yong)(yong)不同組(zu)分的(de)(de)(de)III-V半導體(ti)材(cai)(cai)料(liao)(liao)提供了非常大的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)設(she)(she)計靈活性，具體(ti)的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)設(she)(she)計討論(lun)超過了本(ben)報(bao)告(gao)的(de)(de)(de)范圍。另請注意，低倍聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)伏(fu)仍然(ran)采用(yong)(yong)單晶(jing)硅材(cai)(cai)料(liao)(liao)，而本(ben)報(bao)告(gao)主要討論(lun)高倍聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)技(ji)術路(lu)徑。
原材料供應問題：聚光(guang)芯片是采用了多種(zhong)不同的(de)元(yuan)素(su)，Ga(鎵(jia))、In(銦(yin))和Ge（鍺），在全球供應上(shang)是有限的(de)。
鎵和銦來自采礦(kuang)副產(chan)品的(de)還原，2013年的(de)產(chan)量分別(bie)是280噸(dun)和770噸(dun)。2011年鍺的(de)產(chan)量約為118噸(dun)。這是原始(shi)產(chan)品的(de)產(chan)量，不包含回收和重復(fu)利用。
假定(ding)鍺襯底片的厚度(du)為200微(wei)米，則(ze)理論(lun)使用量是(shi)0.1g/cm2，考(kao)慮30%的產(chan)出（鋸(ju)割、切片、破裂(lie)等損失），則(ze)實際使用量是(shi)0.4g/cm2，取決于各公司(si)如何控制(zhi)鋸(ju)割損失。只有少(shao)數公司(si)能(neng)夠回(hui)收(shou)利(li)用鋸(ju)割損失的鍺廢料(liao)，其他材料(liao)的損失比(bi)例(li)則(ze)非常小。
這樣，在(zai)假定30%模組(zu)效率和(he)1000倍聚光(guang)比(bi)的(de)條件下，1GW的(de)高(gao)倍聚光(guang)所(suo)需要(yao)的(de)Ge重量大約為4噸，不考慮回收的(de)話最大不超過12噸。現(xian)在(zai)的(de)材料供應是不存(cun)在(zai)問題的(de)，隨著效率提高(gao)和(he)聚光(guang)比(bi)增加(jia)，材料用(yong)量還會減少(shao)。
在太(tai)陽(yang)能應用以外，Ge也廣泛應用于(yu)電子(zi)、紅外光(guang)(guang)學(xue)、光(guang)(guang)纖光(guang)(guang)學(xue)、聚酯催化劑等發展(zhan)最快的應用需求(qiu)。因(yin)此，未來鍺的供應量還需要(yao)繼續增加，如果聚光(guang)(guang)太(tai)陽(yang)能的應用能達到較大規模的話。全球(qiu)已(yi)知(zhi)鍺的儲(chu)量約有35600噸(dun)，其中24600噸(dun)來自煤，剩(sheng)余的來自鉛(qian)/鋅(xin)生產。作為一種副產品，看(kan)不(bu)出來有任何限制鍺產量的因(yin)素。
不(bu)過，不(bu)清楚(chu)的(de)是，鍺的(de)價格(ge)是否(fou)需要(yao)提高以刺激產(chan)量(liang)。或者(zhe)，作為副(fu)產(chan)品的(de)鍺價格(ge)是否(fou)變(bian)化，而其變(bian)化又如何(he)才不(bu)至于影響(xiang)聚光(guang)光(guang)伏的(de)經濟性。
對于鎵和銦來(lai)說，聚光芯片(pian)生產(chan)所需要的(de)量(liang)非常之(zhi)少，即便是每年GW級的(de)聚光光伏產(chan)能(neng)下，也(ye)不(bu)需要供應(ying)鏈增加供給。
另外(wai)，如果不(bu)采(cai)用(yong)鍺襯底片(pian)(pian)，而是(shi)使用(yong)GaAs襯底片(pian)(pian),Ga的用(yong)量會顯(xian)著增加。假(jia)定600微米的GaAs片(pian)(pian)，Ga用(yong)量不(bu)到0.2g/cm2（沒(mei)有考慮(lv)損耗），考慮(lv)30%產出并且不(bu)回(hui)收(shou)GaAs片(pian)(pian)，用(yong)量最高也不(bu)到0.5g/cm2。在有效(xiao)回(hui)收(shou)，30%模組效(xiao)率和1000倍(bei)聚光比條件下，每GW聚光光伏需要5.5噸Ga。
不考慮回收的情況下，最多(duo)也不超過17噸。在最壞情況下，以產能1GW/年計，聚光光伏的Ga用(yong)量(liang)，也只占了全球(qiu)年供應量(liang)的6%。
如(ru)果聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)伏(fu)的芯(xin)片在低倍(bei)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)下(xia)使用，或者完全不采(cai)用聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)，則Ge、Ga、In的原材料供應問題將變得非常具有(you)挑戰性。也就是(shi)說，采(cai)用高倍(bei)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)技術可以(yi)大大減少(shao)半導體(ti)材料的使用量。以(yi)1000倍(bei)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)比為例，在相同功率(lv)下(xia)，相當于僅(jin)僅(jin)使用了千分之一的芯(xin)片用量，而轉換(huan)(huan)效(xiao)率(lv)還更高——聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)芯(xin)片在高倍(bei)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)條件下(xia)，其光(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)轉換(huan)(huan)效(xiao)率(lv)比非聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)條件下(xia)的轉換(huan)(huan)效(xiao)率(lv)還要高8%左右(you)。
>>編譯后記
這是根(gen)據去年(nian)年(nian)底德國Fraunhofer實驗室和(he)美國可再生(sheng)能(neng)源實驗室共同就(jiu)高倍聚光(guang)(guang)光(guang)(guang)伏(fu)(fu)技(ji)(ji)術的最新進展(zhan)發表的一個報告編譯(yi)而成(cheng)的。最近幾(ji)年(nian)，在(zai)全(quan)世界晶(jing)硅（多晶(jing)硅和(he)單晶(jing)硅）大規模擴充產(chan)能(neng)和(he)技(ji)(ji)術工藝進步導(dao)致(zhi)平板晶(jing)硅太(tai)陽能(neng)系(xi)統成(cheng)本和(he)價格急劇下降(jiang)的大背(bei)景(jing)下，聚光(guang)(guang)光(guang)(guang)伏(fu)(fu)（地面高倍聚光(guang)(guang)）在(zai)太(tai)陽能(neng)發電市場上(shang)的推廣應用被迅速抑制，一系(xi)列的破產(chan)倒(dao)閉和(he)重(zhong)組事件，也給這個光(guang)(guang)伏(fu)(fu)細分行業蒙(meng)上(shang)了重(zhong)重(zhong)陰影(ying)。
不(bu)過，可(ke)喜的(de)是，作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)研發(fa)歷(li)史(shi)悠久并有著多(duo)年(nian)現(xian)場數(shu)據的(de)發(fa)電項目經(jing)驗，以及在(zai)(zai)(zai)太空(kong)上成熟應(ying)用的(de)技術，高(gao)倍聚(ju)(ju)光(guang)(guang)以其技術和(he)性(xing)能(neng)的(de)優越性(xing)并沒有完全被放棄，一(yi)些(xie)公司和(he)研究(jiu)機構在(zai)(zai)(zai)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)芯(xin)片效(xiao)率(lv)上每年(nian)都(dou)取得新進展，模組和(he)系統的(de)標(biao)準也已(yi)經(jing)制(zhi)(zhi)定(ding)(ding)或(huo)正在(zai)(zai)(zai)制(zhi)(zhi)定(ding)(ding)之中，大型(xing)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)發(fa)電項目安裝還(huan)在(zai)(zai)(zai)繼續，不(bu)斷在(zai)(zai)(zai)提供(gong)和(he)累積(ji)現(xian)場數(shu)據，為(wei)這(zhe)個行業(ye)帶來希望(wang)的(de)亮光(guang)(guang)。
中國在聚(ju)光(guang)(guang)光(guang)(guang)伏產(chan)(chan)(chan)業中，不僅能夠商業化(hua)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)聚(ju)光(guang)(guang)芯片(pian)(pian)，在模組和(he)系統上(shang)也積累了大量的實際(ji)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)經驗，包括芯片(pian)(pian)的材料設計和(he)商業化(hua)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)、接(jie)收器(qi)組裝、光(guang)(guang)學部件(jian)、跟蹤(zong)器(qi)等，已(yi)經形成(cheng)了完整的聚(ju)光(guang)(guang)光(guang)(guang)伏產(chan)(chan)(chan)業鏈，且發電項目裝機量在國際(ji)上(shang)也名列前茅。
從制造環節上看，聚光(guang)光(guang)伏的全產業(ye)鏈無(wu)污染和低能耗(hao)，聚光(guang)光(guang)伏系統的能源回報期只有6個月(yue)，是嚴格意義上的清潔能源。
從技(ji)術(shu)角度看(kan)，高倍聚光只在陽光充沛(pei)地(di)區具有較(jiao)強的(de)價格競爭(zheng)力。輸出電(dian)力曲(qu)線(xian)平緩，比較(jiao)適合大規模(mo)發電(dian)側(ce)并網發電(dian)，在光伏發電(dian)的(de)終(zhong)端(duan)市場(chang)(chang)上應占(zhan)有一席(xi)之地(di)。也就是說，根據技(ji)術(shu)特點和應用情景(jing)，不同的(de)光伏發電(dian)技(ji)術(shu)各有其優勢的(de)細分市場(chang)(chang)。
從(cong)積極(ji)的角(jiao)度和(he)發展(zhan)(zhan)(zhan)的眼(yan)光(guang)來看，中(zhong)國如支持發展(zhan)(zhan)(zhan)聚光(guang)光(guang)伏(fu)，可以增(zeng)強我國在先(xian)進半導體(ti)芯片技術方面的研發實力。而(er)發展(zhan)(zhan)(zhan)高(gao)端(duan)光(guang)學(xue)材(cai)料，提(ti)高(gao)光(guang)學(xue)設計水平，加強精(jing)密光(guang)學(xue)加工能力，符(fu)合國家(jia)從(cong)低端(duan)制造到高(gao)端(duan)智造的制造業(ye)轉型(xing)趨勢。發展(zhan)(zhan)(zhan)大型(xing)聚光(guang)光(guang)伏(fu)發電，跟其他可再生(sheng)能源一起，對中(zhong)國的環境治理(li)和(he)碳排放(fang)控制也具(ju)有(you)積極(ji)意義。
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