美国DOE资助上亿美元推动太阳能技术创新研发

作者: 2017-07-03 16:28 来源:
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     914,美国能源部宣布在太阳能计划(Sunshot)框架下资助1.07亿美元支持太阳能技术创新研发[1]Sunshot计划设立于2011年,旨在提供从研发、制造到市场化的全面解决方案,以实现到2020年太阳能发电平价上网,即平准化电力成本降至6美分/千瓦时以下的目标,加速太阳能发电技术在全美的广泛部署。此次资助的主要内容包括:

11700万美元支持5个光伏技术主题的研发项目,以提高光伏技术性能、可靠性和可制造性,提高电池寿命、降低电池硬件成本。

1)太阳电池机理研究。开发先进计量方法表征薄膜太阳电池界面处的载流子复合情况,从纳米尺度探究影响电池性能的问题所在;利用扩散电荷再分布研发太阳电池新结构,提高发电效率,降低生产成本,以实现度电成本6美分的短期目标和2-3美分的长期目标。

2)碲化镉(CdTe)薄膜电池技术。开发软件工具准确阐明CdTe薄膜光伏设备性能和材料特性之间的关系;为CdTe电池开发新型器件结构,以解决电子寿命短的问题,提高电池电压和转换效率;开发创新方法来探究多晶 CdTe薄膜电池晶界对电压的限制作用;开发低成本、大容量、规模化的CdTe原料生产技术。

3)硅基电池技术。通过开发基于背接触式硅基电池的光伏模块将度电成本降至4美分;开发新方法将硅异质结电池转换效率提高至26%,同时改善硅晶圆的寿命;通过使用钝化选择性发射极和选择性背场(BSF)链接的几何结构提高硅电池制造工艺,将其效率提升到22%以上;开发相关工具以提高自支撑硅晶圆薄片及基于此制备电池模块的产率,降低硅基电池制造成本;开发新技术提高多晶硅废料的循环回收利用率,降低高纯多晶硅的制造成本和能耗,将电池模块制造成本降低10%;为交叉背接触晶硅电池开发快速刻蚀方法和更先进的器件结构;将实验室规模化的异质结钝化触点技术扩大到实际工业化规模,以大规模制备晶硅电池,转换效率提高至22.5%;识别和评估电绝缘的光伏背板导热和辐射性能,通过降低电池模块的工作温度,降低光伏性能的降解率以提高电池寿命;降低背接触晶硅电池掺杂工艺成本,实现到2030年将度电成本降至2-3美分。

4)串联电池技术。开发转换效率达30%以上的GaAsP/Si串联太阳电池;开发新方法制造交叉背接触式(IBC)电池,将效率提升到25%

5)铜铟镓硒(CIGS)电池技术。开发沉积和电池器件制备新方法,改善CIGS薄膜电池的性能和稳定性;采用商用、成熟的制造工艺和材料降低电池制造成本,实现或超越2020年度电成本6美分的目标。

22500万美元支持4个主题的项目研究,降低太阳能技术全链条成本、提高业务运营效率,加速新兴太阳能技术市场转化。

1)系统平衡部件技术。通过自动化中试生产线,改善衬底材料重用率和晶圆产品良率,以降低外延晶片的制造成本;开发白色硅光伏模块背板以解决当前光伏背板的稳定性问题;利用网格铝背板代替传统的全区域铝背板结构,开发一种先进的钝化发射极底电池(PERC)结构;为屋顶太阳能模块开发抗反射涂层,涂层的折射率与玻璃接近,提高模块电源输出;为高效异质结太阳电池铜电极和双面进光的电池模块开发先进制造工具和技术;开发基于熔融盐储热技术的太阳能热发电系统以代替天然气调峰电厂;开发一个模块化的单轴跟踪系统,以显著降低太阳能组件成本,提高分布式电网建设和设计的效率;开发一种全新的计量工具,提高金刚石线的可靠性,同时提高金刚石线切割制备晶圆的产率。

2)电子电力技术。使用低成本、可靠、高效的晶闸管取代绝缘栅双极型晶体管构建全新的光伏逆变器拓扑结构,并依此开发具有合适的控制和调制方案的光伏逆变器原型;为现有逆变器添加新的软硬件功能,使其能够提供需求侧响应、聚合和其他电网服务,在用电高峰实现对分布式能源系统的远程调度。

3)软件工具开发。为太阳能设备安装人员和运营员工开发全球首款3D互动模拟训练工具;开发并使用混合分布/传输模型,对分布式能源资源组合做出快速预测和计划。

4)新的服务模式。创建全国性的太阳能运营和维护专业团队网络,提供简化、经济合理的运维服务;创建库存和稀缺组件在线市场平台,以减少工程建设和维护成本,并能够重复利用退役太阳能电池板材料;开发全新的光伏通信系统解决方案,协助第三方太阳能系统运营商更好管理投运项目;创建商业平台将分布式能源资源(包括太阳能)整合到市场,来提高分布式能源资源占比和降低软成本;开发面向消费者的电子商务平台—PowerScout社区太阳能市场,减少社区屋顶太阳能部署壁垒,加快分布式能源市场发展。

36500万美元支持3个招标项目,改进光伏组件与系统设计推动快速安装和互联,以及在能量管理系统中集成太阳能辐射量和功率预测数据。

1)光伏研发项目。探索有应用潜力的全新光伏系统,改善光伏模块和系统设计,包括硬件和软件解决方案;优化光伏系统的快速安装和互联,改善电池模块的性能、能量效率和制造工艺;开发先进的模块级别电池性能的表征分析工具,填补模块级太阳电池表征技术空白,促进新一代电池模块和系统的设计和开发。

2)技术转化项目。通过研发创新的光伏技术和解决方案,开发出上百吉瓦的太阳能发电系统;加快光伏产品和技术解决方案的商业化进程,实现在2020年之前将公用事业级别、商用和住宅光伏系统度电成本分别降至6美分、7美分和9美分,将太阳能电力占比提高到10%以上。

3)系统集成项目。构建具有完整空间和时间分辨率、性能指标的太阳能测试模型框架;利用概率统计方法,构建具有高空间和时间分辨率太阳能预测模型,增强对太阳能辐照强度和功率预测能力(尤其针对多云、大光照起伏情况),提供可视化的数据采集结果,并将数据集成到能源管理系统,分析太阳能对电力系统运行的影响,促进太阳能更高比例的电网集成。                                     郭楷模



[1] Energy Department Announces Up to $107 Million for Innovative Projects and New Funding to Advance Solar Technologies. http://energy.gov/eere/articles/energy-department-announces-107-million-innovative-projects-and-new-funding-advance

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