商业化准备阶段：九种颠覆传统的光伏新技术

　　为了增强美国的创造力并重新确立市场上的国家领导地位，美国能源部开展了“美国制造太阳能奖”，以刺激制造，开发创新的解决方案和产品，奖励和挑战有助于破坏该领域的传统思维，并介绍、扩展和发展可能的方法。每一轮奖项将在不到一年的时间内将新技术带入商业前的准备阶段，验证早期产品或测试现场技术，以确保新想法进入市场。每个团队将获得50,000美元的现金奖励，并有资格参加下一阶段的比赛。作为比赛的一部分，参赛团队还可以访问DOE国家实验室，技术孵化器和加速器，风险投资公司，天使投资人以及行业的网络。美国国家可再生能源实验室（NREL）是“美国制造挑战赛”的奖项管理员。

 

　　2月11日，美国能源部（DOE）从120个提案中宣布了20个获邀参加美国制造太阳能奖第3轮下一阶段竞赛的竞争团队。这些项目将解决与新型太阳能应用（如农业）相关的挑战，并展示在电网故障时如何利用太阳能提供备用电源。其中9个团队涉及太阳能光伏产品及材料技术的发展，11个团队将解决与太阳能如何与电网整合有关的挑战。

 

　　这些项目对于国内研究机构和厂商有重要的参考价值，能启发您潜在的商机和创新产品。跟TestPV一起来了解其中的9个光伏产品及材料奖项目：

 

　　光伏：

 

　　1.耐用减反射和自清洁玻璃

 

　　研发具有增强宽带和广角抗反射、抗污染和自清洁功能的耐用光伏玻璃。团队正在寻找成熟的玻璃制造商作为合作伙伴，帮助提供光伏或玻璃行业的验证方法，合作伙伴具有组件户外和耐久性测试经验，能提供组件耐久性测试装置如湿热热室、组件现场试验设施等。拟议的技术包括问题4下的计划中所述的以下五项任务。

 

　　开发可扩展的蚀刻方法，在大面积玻璃上生成各种减反射纳米结构。

 

　　表征纳米结构玻璃的光学和亲/疏水性能；测试玻璃防污染和自清洁性能；测试玻璃抗划伤性和机械耐久性；采用该纳米结构玻璃制作光伏电池并进行效率测量

 

　　2.PV双面及柔性组件用透明聚合物阻隔膜

 

　　Dunmore公司的项目旨在开发能支持双面组件应用的透明薄膜。该透明薄膜将来还能用作户外光伏组件的修复胶带、特殊双面应用的金属化及压印膜、太阳能集热器薄膜、提高双面组件发电效率的发射膜、反射网格、BIPV材料、坚韧的专业光伏膜，以及航天、交通、便携式应用专业膜。

 

　　Dunmore认为，该透明阻隔膜的关键技术挑战包括：

 

　　为多层结构选择和筛选合适的薄膜和粘合剂产品设计的初始测试和验证，包括透明度和阻隔性能对阻隔膜结构进行长期测试，以确保设计足够坚固最重要的是，展示材料在极端温度、紫外线和湿气下的长期性能加速老化试验（如250到3000小时的双八五试验，证明材料能使用20年或更长时间，了解潜在的失效模式和现场使用寿命）

 

　　Dunmore还将通过NREL进行阻隔膜的机械试验、水汽传输率（MVTR）、分光光度法颜色、透光率和稠度测试、电气试验、太阳模拟氙灯试验、剥离强度和与密封剂的附着力测试（湿热试验后）、组件测试。通过与潜在的组件制造商合作，将透明膜用作组件前板或后板进行层压封装测试，并对封装后的组件进行户外应用和老化测试。

 

　　3.高效简单的光伏支架系统

 

　　跟踪支架比固定支架能帮助光伏组件多发电20%以上，因而单轴跟踪系统被广泛应用于地面电站，但并未被其它市场接受。Pursuit Solar认为这主要是传统的单轴跟踪系统设计复杂，跟踪电子模块依赖非独立直流电力供应（有时用电池）、电机（线性执行器或回转驱动）、控制软件、辐照度传感器及通信网络。再者，传统单轴跟踪系统成本较高，安装技术复杂，调试麻烦，系统可靠性还差，运行维护多。

 

　　因此，Pursuit Solar 公司将开发一种无马达、无控制系统、不消耗外部电力、维护简单的光伏跟踪支架。

 

　　该设计的特点是：

 

　　跟踪更加简单– 完全由太阳驱动并定位，系统本身只有运动部件，无需电网或电池供电；部件成本更低– 部件越少，成本越低，无论是采购、安装或是维护成本；跟踪更加可靠– 驱动设计基于成熟的热工液压原理。

 

　　Pursuit Solar认为，该产品尤其适合于户用、工商业、农业及小型地面光伏电站。

 

　　4.PV WaRD水分析软件

 

　　参赛团队开发了一个量化的水测量系统，以帮助解决光伏组件中与水分相关的故障。该系统采用非接触的无损技术，测量光伏组件内的水分含量，为预测组件的长期衰减机理提供了基础数据。

 

　　组件应用过程中会出现封装材料变黄、分层和接触腐蚀，组件内水分的存在会加速这种变化。因此，该项目假设组件衰减与组件生命周期中不同阶段的含水量有某种函数关系，通过组件内部含水量的变化评估组件可能的发电量损失，为保险或投资运营提供重要参考。

 

　　该技术设想有两种应用方式：

 

　　一：作为评估工具来确定水分对已安装光伏组件的影响；

 

　　通过与公用事业公司合作，在不中断正常运营的情况下对已部署的组件进行湿度和性能测试。与NREL已经进行的组件加速老化和耐用性测试数据综合，深入了解水分在测试中的作用。

 

　　二：作为组件制造的质量控制工具。

 

　　与组件制造商合作，在制造和质量控制测试阶段的不同阶段测量含水量，重点放在湿热测试前后。根据结果，进而通过去除多余水分启动二次测量。该结果能够评估潜在的成本节约、产量提高以及湿度监测对产量的影响

 

　　项目需要定制加工和数字化处理信息数据，与行业投资商一起湿度相关的衰减预测对组件安装和保险成本的影响，提高对新保险和整个项目承保的信心，在项目索赔中，通过这些测量分析项目失效的原因，例如定量地显示暴风雨对发电量损失和对未来性能的预期影响。

 

　　5.远程部署的光伏组件

 

　　如果你的屋顶或地面有时要派用场，那你就无法安装固定的光伏阵列。因此，Rise Energy Systems公司（RES）准备开发一种新的工商业及户用光伏安装，目标是创建一个可远程部署的光伏阵列，当现有铺设区域不被使用时安装，使用时收起，为那些没有合适屋顶的人提供太阳能接入，降低软成本，增加清洁周期，降低所需的支架成本。

 

　　该系统需要进行电气、机械和风荷载试验。电气试验确定发电性能和安全，机械测试验证组件是否能缩回到存储容器中，大型风洞测试以确定自动退缩机构失灵的情况和灾难性故障下最大的安全风速。

 

　　6.机器人技术改变了光伏电站的景观

 

　　光伏电站的除草对于电站运维至关重要，尽管中国的光伏电站有“光伏羊”除草创意。人工除草对于大型光伏电站成本较高，除草剂对环保不利。本项目旨在开发一种除草机器人，优化切削刀片设计，优化电池寿命、维护间隔、割草频率、割草质量和噪音水平，能使用光伏电力。此外，机器人还要自动识别柱子、栅栏等障碍物，并能维护靠近柱子和栅栏的植被。

 

　　7.雪地光伏组件

 

　　寒冷地区的大雪对于光伏电站的发电和运维是严峻的挑战。NREL数据显示，美国受影响地区每年的光伏风险损失为2-16%，北方地区的因大雪导致的光伏发电量损失达10-16%，极端情况下，更北部的地区光伏发电量损失可能达到40%。传统的光伏组件不是为冰雪条件而设计的，因此降雪会影响光伏组件寿命和维护成本。

 

　　项目旨在开发出一种解决方案，使用标准的太阳能电池板制造技术，创建一个优化的太阳能电池板，以减少冰雪造成的损失。

 

　　在原型设计中，项目计划使用弯曲的金属板作为组件的后框架，其纳米加热技术比普通的电阻加热效率提高2.5倍。

 

　　8.跟踪支架基座Tacker Sleds

 

　　农场为了改善土壤健康，会尽量少用化肥，因此会将某块地进行覆盖植被与经济作物轮换种植，这也增加生物多样性，减少水土流失。

 

　　本项目发明的跟踪系统基座就是为了让农场方便地将底座在覆盖植被用地和经济作物用地之间转运，让光伏跟踪支架系统从固定式变成移动式。。

 

　　9. 光伏简单组装套件

 

　　太阳能无处不在，但太阳能系统并非处处可在。在一些不具备光伏阵列安装条件，却需要使用光伏发电的场合，这种简单的光伏组装套件便成为一种很好的选择。

 

　　这种光伏套件，可随时移动，安装快速简单，没有常见的屋顶光伏如遮阳、坡度、方向、屋顶年限、攀爬等问题，用户能够随时带到下一个需要的地方。一般DIY用户可以完成组装，只需要一名电工完成与电网的最终连接，减少安装成本。能为“能源孤岛”提供太阳能+存储能力，提高社区的能源弹性。产品可设计为美观的有机外观（绿色/棕色）或现代（银色/黑色）。

 

　　产品增加了许多主要的、目前尚未开发光伏，却阳光充足地区的太阳能利用率，如家装和家居用品商店、卖场、临时建筑，一些为行人和车辆提供清洁能源、遮阳的商业和民用场所，提升场所的“绿色”形象，也适于灾后恢复、新建筑区域、节日等半永久性建筑。

 

　　结语

 

　　看完这九个光伏应用及材料创新，您有什么收获吗？您有没有相似或更好的创意和大家一起分享？欢迎在文末留言，也欢迎对这九个国家级创新创意投票。也请期待下一期，美国制造太阳能奖的11个光伏系统集成创新项目。