第一部分：太陽能電池生產(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備方面的成本抵消掉制造方面節(jié)省的成本，而且導致終端用戶使用成本上升的話，生產(chǎn)商的這些努力無疑會付之東流。Joyce Laird報道了在用戶方面有哪些工作正在進行中，以推動光伏利用轉(zhuǎn)變成普遍的現(xiàn)實，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備正在開發(fā)中，用于提高光伏系統(tǒng)的效率。美國國家半導體公司(National Semiconductor)是一家著名的半導體及集成電路制造商，其旗下Renewable Energy Group也非常知名。這家總部位于美國加州的半導體制造商正試圖將IC技術(shù)應用到光伏領域。

“我們采取的方式是將分配式電子應用到光伏系統(tǒng)中，希望可以提高能源收集效率，”Renewable Energy Group總監(jiān)Ralf Muenster說。“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)存在的問題是，即使是最小的失配也會給能源收集帶來相當大的影響。有研究發(fā)現(xiàn)，當電池板陰影遮蔽面積僅為1.5%時，光伏系統(tǒng)發(fā)電量會損失17%;而當陰影面積達10%時，整個系統(tǒng)發(fā)電量會減少50%，甚至更多。

國家半導體公司推出的SolarMagic是一個尺寸較小的電源優(yōu)化裝置，僅有兩個輸入端和兩個輸出端，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。

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。國家半導體公司目前正針對這個目標與電池板生產(chǎn)商進行合作，希望能盡快推出整合后的系統(tǒng)。不過在該系統(tǒng)推出前，SolarMagic模塊可以幫助解決電量損失的問題。

“我們只是想把我們的技術(shù)帶給所有的電池板生產(chǎn)商，告訴他們怎樣設計PCB板并保證其可靠性。當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公司也開發(fā)了一種電量收集技術(shù)。他們推出的系統(tǒng)包含三個部件，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)測和故障診斷的網(wǎng)絡顯示平臺。PowerBox嵌入到電池模塊生產(chǎn)商的每個模塊中，而不是放到接線盒中。PowerBox還可以由光伏系統(tǒng)安裝承包商負責整合到晶體硅、薄膜及聚光光伏模塊中。

“光伏系統(tǒng)的效率還很低。一直以來人們都是將技術(shù)開發(fā)放在提高電池片效率方面，而不是從整個系統(tǒng)的角度進行技術(shù)創(chuàng)新，”Solar Edge公司產(chǎn)品戰(zhàn)略及業(yè)務開發(fā)副總裁Lior Handelsman說。“如果整個光伏系統(tǒng)連接到一個逆變器上，該逆變器是無法對來自不同模塊的電量進行優(yōu)化的，這會造成2%~25%的電量損失。”

Solar Edge公司采取了另外一種方式進行電能的收集，即從單個模塊上進行電能收集。Solar Edge開發(fā)了一個小型晶片，將其安裝到每個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電池片的運行情況。此外單個電池片無論出現(xiàn)什么問題也不會影響整個線路的效率，”Handelsman說。“正因為這樣，你可以采用各種類型的逆變器，包括簡單、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)支持所有類型的光伏模塊，功率可達到100伏。”

Borrego公司為其客戶提供的服務，都是從可行性分析到設計再到系統(tǒng)安裝

安裝支架

光伏電池板安裝不得當也不能保證系統(tǒng)正常的發(fā)電。最專注這一領域的公司也許是總部位于德國的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。他們目前還設計模塊化產(chǎn)品，為集成商實施太陽能項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前基本都完成了70%的安裝工作，”Schletter公司位于美國亞利桑那州新工廠的高級銷售經(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。有人認為支架本身在制造成本上已經(jīng)沒有降低的余地了，對太陽能電池生產(chǎn)商來說也是如此。成本還可以進一步得到降低的是安裝過程，讓整個系統(tǒng)的安裝更快更可靠是關(guān)鍵。”他說。

夏普太陽能解決方案集團(Sharp Solar Energy Solutions Group)在太陽能領域的業(yè)務很廣，從si-PV到CIGS太陽能電池生產(chǎn)。該集團位于加州的公司副總裁Ron Kenedi表示，夏普雖然不進行系統(tǒng)安裝，但夏普提供的產(chǎn)品可以幫到負責項目施工的企業(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)開發(fā)了一個完整的系統(tǒng)，稱作OnEnergy。該系統(tǒng)包含加了框架的太陽能電池模塊及逆變器。OnEnergy在交付到現(xiàn)場后，承包商只要安裝好即可使用。”Kenedi說。

夏普OnEnergy太陽能系統(tǒng)采用UL認證的欄桿相連的接地方式，這樣做就不用在整個陣列的不同模塊之間還采用地線進行連接。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間，從而也降低了整個系統(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行合作，希望為我們的薄膜太陽能模塊提供最好的系統(tǒng)。我們已經(jīng)設計出了不用水泥的安裝方式，通過一種特殊設備將支架打到地上，整個模塊就安裝好了，”Kenedi說。

國家半導體公司提供的設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

(圖片由國家半導體公司Renewable Energy Group提供)。

各種層面的系統(tǒng)集成商

系統(tǒng)集成商可以其獨特的視角了解整個光伏行業(yè)的現(xiàn)狀，以及影響太陽能獲得廣泛應用的因素。所有這些集成商在為其客戶提供服務時，都采用從可行性分析到設計再到系統(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。“我們專注于商業(yè)建筑和市政設施如學校的光伏系統(tǒng)安裝，而且我們對光伏技術(shù)本身并不了解。我們需要能夠利用最好的解決方案來進行項目的實施，”該公司CEO Ike Hall表示。“基本上所有的客戶都希望取得好的效果，如果我們不能保證這一點的話，整個項目就失去了意義。此外，我們還會幫助客戶把風險降到最低，我們需要保證整個系統(tǒng)及部件至少運行25年。”

要做到這一點，Borrego需要與擁有成熟技術(shù)及良好財務狀況的公司進行合作，不管是電池生產(chǎn)商還是系統(tǒng)外圍設備供應商。投資人一般不愿意與一家沒有保障的有合資背景的公司一起承擔財務風險。“我們感覺到，當市場越來越成熟時，大家關(guān)注的重點將轉(zhuǎn)向能源購買上，而不是系統(tǒng)購買上。最終，我們想發(fā)展成為一家可以涵蓋所有領域的能源服務供應商，”Hall表示。

Innovateus Solar是一家全球性光伏產(chǎn)品銷售商，經(jīng)常與一些公司保持緊密合作，進行商業(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。在項目實施時，Innovateus Solar公司首先會了解一下屋頂?shù)念愋?，然后是地理位置。這些因素決定了什么類型的電池板、采取怎樣的安裝方式可以取得最好的效果。

Meridian Solar公司設計副總裁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面臨的問題。在跨度較大的而且采用TPO材料的屋頂(比如倉庫)上安裝商業(yè)用光伏發(fā)電系統(tǒng)，用戶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)就好像樂高玩具一樣可以簡單拼裝起來，不用在屋頂上打樁。我們對這個產(chǎn)品非常期待。”

Farmer認為還有一個引起廣泛興趣的產(chǎn)品是獨立逆變器，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)，包括國家半導體公司的SolarMagic模塊和Enphase公司的微型逆變器。“你會看到這些公司的市場份額越來越大。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)。”

針對市場本身，F(xiàn)armer對法規(guī)持有鮮明的觀點。他認為，“有大量太陽能系統(tǒng)的安裝根本沒有使用任何注冊結(jié)構(gòu)工程師，他們就想當然地認為建筑物可以承受住額外加在上面的重量。美國目前還沒有相關(guān)法規(guī)要求，因此項目的實施具有很大危險性。我們在Meridian市就聘請了一位獨立的結(jié)構(gòu)工程師，幫助我們對項目進行分析，確保安裝系統(tǒng)后不會影響公共安全。”

安裝項目的合作

位于紐約的Pristine Eco Systems公司主要業(yè)務是承接安裝工程，公司在電氣和建筑兩個領域擁有的專業(yè)技術(shù)讓其可以對太陽能行業(yè)有個相對全局的認知。公司所有者Greg Darvin說：“我們設定了一個非?，F(xiàn)實的目標。在向客戶推薦太陽能系統(tǒng)之前，我們會詳細了解客戶目前采用的所有能源利用途徑。整個系統(tǒng)不僅要符合審美標準，還要正確地安裝，此外要考慮很多結(jié)構(gòu)上的問題。”

與其他集成商和安裝承包商一樣，Darvin也認為該行業(yè)缺乏相應的法規(guī)。以美國為例，唯一的認證形式是NABCEP(北美能源從業(yè)者認證理事會)。美國總共有800家公司獲得了NABCEP認證，Pristine公司便是其中之一。“我們需要一個國家性的認證委員會，此外，每個州也應該有一個委員會。目前除了一般能源外還沒有此類委員會，而一般能源認證委員會根本無法解決太陽能行業(yè)獨特的需求。太陽能行業(yè)需要有針對性的專業(yè)技能來確保項目安全順利的開展，”Darvin說。

位于美國紐約的Pro-Tech Energy Solutions LLC和Whitman公司是另外一個在太陽能系統(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，他們已經(jīng)在新澤西州安裝了總發(fā)電容量超過11MW的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。“擁有一個在建筑和物理工程方面具有專長的公司作為合作伙伴非常關(guān)鍵。在項目的每個方面都需要有專業(yè)人員，而不僅僅是能源方面，這點尤其重要，”他說。

Whitman公司總裁Barry Skoultchi和總監(jiān)Carey Ruetsch都認為與Pro-Tech公司的合作為那些計劃利用太陽能的商業(yè)及工業(yè)化公司提供了更加全面的工程服務。“Whitman公司作為一家涉及多學科的工程公司在這個行業(yè)運營了25年。我們?yōu)镻ro-Tech公司提供屋頂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工程在設計方面的工程支持。”Ruetsch說。

這兩家公司還有一個業(yè)務與其他項目實施承包商不同 — 他們會在不同地點針對不同的太陽能電池板品牌對系統(tǒng)進行了解和評估。“你不能一直采用一種技術(shù)，只有在現(xiàn)場進行系統(tǒng)評估才能找到最合適的技術(shù)。”Drexinger說。

未來概念

加州的Cool Earth公司在公用規(guī)模太陽能發(fā)電方面擁有迄今為止最獨特的概念，即太陽能氣球。該公司還沒有真正開始開發(fā)太陽能氣球聚光器，只是以低成本方式進行相關(guān)的實驗，有效地捕捉光子進行發(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。

當面向太陽時，膨脹的氣球就會將光聚焦到內(nèi)部的光伏電池片上，電池片捕捉光子然后轉(zhuǎn)變成電能。膨脹后的太陽能聚光器直徑約為10英尺(約3米 — 譯者注)，而太陽能電池片材料的長度只有8英寸(約0.2米 — 譯者注)。接收器中間的太陽能電池是空間級硅材料或復合半導體材料，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始建設第一個商業(yè)用公用規(guī)模的發(fā)電廠。Lamkin表示第一個工廠發(fā)電量約為1～2MW(技術(shù)驗證)，之后的工廠將達到10MW規(guī)模。“我們的目的不是為了賣設備。我們會將太陽能電廠發(fā)的電直接賣給大型公用單位，”他說。

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)都在不斷提高太陽能的成本效益和安全性。太陽能電池模塊、固定裝置及設備供應商都在積極推出新的產(chǎn)品。在為某些應用領域選擇最佳解決方案時，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)