善用輕便與可撓優勢,科學家為新興太陽能技術提供應用明燈

作者 | 發布日期 2018 年 11 月 23 日 7:45 | 分類 太陽能 , 能源科技 follow us in feedly

目前太陽光電主流為矽晶太陽能、市場占比高達 95%,基本上市面上可以買到的都是矽晶面板,但這並不代表沒有其他技術,還是有許多新興科技正努力發光發熱。為此美國國家再生能源實驗室(NREL)研究並分析新一代太陽能的優勢與劣勢,希望可以找出新興產業最佳前行方向。



矽晶太陽能是發展最悠久、技術也最成熟的太陽光電技術之一,再生能源可與傳統火力發電相競爭,這項技術可說是背後大功臣,而 NREL 認為,雖然單矽晶與多矽晶已經占據市場大餅,但碲化鎘(CdTe)或銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能、鈣鈦礦太陽能等新技術仍有許多發展空間。

這些技術具有輕便與可撓優勢,可以裝置在無人機、充電器、汽車和建築物外牆,甚至有機會裝置在衣服上,NREL 研究員 Matthew Reese 表示,團隊正在探索新技術功率重量比(power-to-weight ratios)的極限,以及分析這些技術如何在不與矽晶太陽能正面對決情況下大放異彩,最終達到 GW 規模。

新技術的考量範圍也不再是成本、轉換效率與可靠性而已,可撓性與攜帶方便將是關鍵優勢,讓科學家能以每瓦效能來量化新興技術。研究指出,未來新一代太陽光電將可朝航太和無人機、可攜式電源(行動電源)與交通運輸三大領域進攻,這些市場應用都可在未來 10 年內達到 GW 級。

以航太與無人機來說,在有限的空間內保持效能與輕便性為重點,價格反而是其次。而目前這一領域的領頭羊為砷化鎵等三五族(III-V)族化合物半導體太陽能,雖然價格較為昂貴,不適合用在住宅太陽能或是公用事業電廠,但其轉換效率已突破 43.5%、為太陽能領域的佼佼者,現在也正廣泛用於航太技術。

而可攜式能源則有利於可撓式太陽能發展,相較於又脆又硬的矽晶太陽能電池,薄膜、鈣鈦礦太陽能等材料彈性高,若科學家成功在需求與成本之間找到平衡,將有助於軍隊、救災與娛樂用途。

另外 NERL 也認為汽車、列車等交通運輸工具也可以與太陽能板相結合,有望進一步提升汽車續航里程或是節省電力,只不過也不是裝上太陽能板就好,必須採用小型又可撓、符合車型輪廓的太陽能板。目前印度與澳洲已成功在列車裝置太陽能板,德國新創 Sono Motors 與南韓現代汽車則推出太陽能車系統,更預計在 2019 年開始販售。

研究員指出,雖然這些市場不大,更可能會因為加上「輕量級」、「可撓式」等關鍵字而提升售價,或許一開始也只能小規模製造,但他們相信隨著產量與日俱增,未來價格有可能會逐漸降低。

再加上新型太陽能真的很輕、發電量也不差,重量跟 6 包蘇打差不多重的輕型模組可以生產超過 1,000KW 電力,相較之下傳統模組得重達 68-90kg 才可以抵達如此發電量。不過面板也不是愈輕愈好,為此 NREL 也提供一盞指路明燈,認為輕型太陽能裝置不能低於每平方公尺 300-500 克,不然可靠性、耐用性與安全性都會下滑。目前論文已發表在《Nature Energy》。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:NREL