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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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超高效率太陽能板

Ucilia Wang

上個冬天,賽普銳斯(Semprius)這家新創公司寫下太陽能發電的重要紀錄:它的太陽能板能將約34%的光線轉換成電力。賽普銳斯說,它的技術一旦擴展應用,很快就能使太陽能發電便宜到足以和燃燒煤及天然氣的發電廠競爭。

由於太陽能發電設施的建置包含許多固定成本,例如安裝太陽能板陣列的土地,因此,將每一塊太陽能板的效率提升到最高,以壓低太陽能發電的價格,是很重要的一件事。為了做到這一點,企業正嘗試使用各式各樣的方法,包括利用矽以外的材料,而矽是目前太陽能板最常用的半導體。

舉例來說,新創公司艾爾塔裝置(Alta Devices)利用砷化鎵這種高效率材料,製造彈性太陽能電池片。賽普銳斯也使用砷化鎵,因為它將光轉化為電的效率比矽高(矽太陽能板量測到的最高效率是23%左右)。但是砷化鎵也貴得多,所以賽普銳斯試著從幾個方向著手壓低成本。

其中之一是縮小太陽能電池的大小,也就是將太陽能板中的個別光吸收器縮小成寬僅600微米、長600微米、厚10微米。這項製程是根據共同創辦人約翰‧羅傑斯(John Rogers)所做的研究。羅傑斯是伊利諾大學的化學與工程教授,他找到一種方法,在砷化鎵晶圓上建構小型電池、迅速抽離它們,然後重新使用晶圓以製造更多的電池。電池一放到太陽能板上,賽普銳斯將它們置於玻璃透鏡下,日光集中約1,100倍,以求發電量提升到最高。

將日光集中到太陽能板,並不是新的做法,但如果使用較大的矽電池,通常必須用冷卻系統,將因此產生的熱散掉。賽普銳斯的小電池產生的熱很少,不需要冷卻,所以能夠進一步壓低成本。賽普銳斯的技術副總裁史考特‧巴勒斯(Scott Burroughs)說,公用事業公司如果使用它的系統,幾年後應該能以每千瓦小時約8美分的成本發電。根據美國能源資訊管理局(U.S. Energy Information Administration)的資料,這比2011年每千瓦小時約10美分的美國平均零售電價更低。

由於需要使用透鏡集中光線,抵銷了賽普銳斯一部分的優勢:在萬里無雲的天氣中,電池直接受到日照時,系統的運作效果最好。其他任何情況,能源的產量都會顯著降低。即使如此,它可能十分適合美國西南部等地的大規模計畫。

但是首先,賽普銳斯必須開始大量生產它的太陽能板。這家公司已經從創業投資公司和西門子(Siemens;投入興建太陽能發電廠)募集到約4,400萬美元,計劃今年在北卡羅萊納州啟用一座小型工廠,每年生產足夠的太陽能板,交付6百萬瓦的電力。這家公司希望在2013年底之前,擴增產量為30百萬瓦,但要做到這一點,它必須募集的巨額資金仍是空中樓閣,可是目前的投資環境不再利於資本密集的能源新創公司。

在此同時,賽普銳斯也必須迅速降低製造成本,才能和傳統的矽太陽能板競爭,因為單單在2011年,矽太陽能板的價格就下跌一半以上。

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