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| 商業(yè)化準備階段：九種顛覆傳統(tǒng)的光伏新技術 |
| （時間:2020-2-18 8:18:07） |
為了增強美國的創(chuàng)造力并重新確立市場上的國家領導地位，美國能源部開展了“美國制造太陽能獎”，以刺激制造，開發(fā)創(chuàng)新的解決方案和產(chǎn)品，獎勵和挑戰(zhàn)有助于破壞該領域的傳統(tǒng)思維，并介紹、擴展和發(fā)展可能的方法。每一輪獎項將在不到一年的時間內(nèi)將新技術帶入商業(yè)前的準備階段，驗證早期產(chǎn)品或測試現(xiàn)場技術，以確保新想法進入市場。每個團隊將獲得50,000美元的現(xiàn)金獎勵，并有資格參加下一階段的比賽。作為比賽的一部分，參賽團隊還可以訪問DOE國家實驗室，技術孵化器和加速器，風險投資公司，天使投資人以及行業(yè)的網(wǎng)絡。美國國家可再生能源實驗室（NREL）是“美國制造挑戰(zhàn)賽”的獎項管理員。
2月11日，美國能源部（DOE）從120個提案中宣布了20個獲邀參加美國制造太陽能獎第3輪下一階段競賽的競爭團隊。這些項目將解決與新型太陽能應用（如農(nóng)業(yè)）相關的挑戰(zhàn)，并展示在電網(wǎng)故障時如何利用太陽能提供備用電源。其中9個團隊涉及太陽能光伏產(chǎn)品及材料技術的發(fā)展，11個團隊將解決與太陽能如何與電網(wǎng)整合有關的挑戰(zhàn)。
這些項目對于國內(nèi)研究機構和廠商有重要的參考價值，能啟發(fā)您潛在的商機和創(chuàng)新產(chǎn)品。跟TestPV一起來了解其中的9個光伏產(chǎn)品及材料獎項目：
光伏：
1.耐用減反射和自清潔玻璃
研發(fā)具有增強寬帶和廣角抗反射、抗污染和自清潔功能的耐用光伏玻璃。團隊正在尋找成熟的玻璃制造商作為合作伙伴，幫助提供光伏或玻璃行業(yè)的驗證方法，合作伙伴具有組件戶外和耐久性測試經(jīng)驗，能提供組件耐久性測試裝置如濕熱熱室、組件現(xiàn)場試驗設施等。擬議的技術包括問題4下的計劃中所述的以下五項任務。
開發(fā)可擴展的蝕刻方法，在大面積玻璃上生成各種減反射納米結(jié)構。
表征納米結(jié)構玻璃的光學和親/疏水性能；測試玻璃防污染和自清潔性能；測試玻璃抗劃傷性和機械耐久性；采用該納米結(jié)構玻璃制作光伏電池并進行效率測量
2.PV雙面及柔性組件用透明聚合物阻隔膜
Dunmore公司的項目旨在開發(fā)能支持雙面組件應用的透明薄膜。該透明薄膜將來還能用作戶外光伏組件的修復膠帶、特殊雙面應用的金屬化及壓印膜、太陽能集熱器薄膜、提高雙面組件發(fā)電效率的發(fā)射膜、反射網(wǎng)格、BIPV材料、堅韌的專業(yè)光伏膜，以及航天、交通、便攜式應用專業(yè)膜。
Dunmore認為，該透明阻隔膜的關鍵技術挑戰(zhàn)包括：
為多層結(jié)構選擇和篩選合適的薄膜和粘合劑產(chǎn)品設計的初始測試和驗證，包括透明度和阻隔性能對阻隔膜結(jié)構進行長期測試，以確保設計足夠堅固最重要的是，展示材料在極端溫度、紫外線和濕氣下的長期性能加速老化試驗（如250到3000小時的雙八五試驗，證明材料能使用20年或更長時間，了解潛在的失效模式和現(xiàn)場使用壽命）
Dunmore還將通過NREL進行阻隔膜的機械試驗、水汽傳輸率（MVTR）、分光光度法顏色、透光率和稠度測試、電氣試驗、太陽模擬氙燈試驗、剝離強度和與密封劑的附著力測試（濕熱試驗后）、組件測試。通過與潛在的組件制造商合作，將透明膜用作組件前板或后板進行層壓封裝測試，并對封裝后的組件進行戶外應用和老化測試。
3.高效簡單的光伏支架系統(tǒng)
跟蹤支架比固定支架能幫助光伏組件多發(fā)電20%以上，因而單軸跟蹤系統(tǒng)被廣泛應用于地面電站，但并未被其它市場接受。Pursuit Solar認為這主要是傳統(tǒng)的單軸跟蹤系統(tǒng)設計復雜，跟蹤電子模塊依賴非獨立直流電力供應（有時用電池）、電機（線性執(zhí)行器或回轉(zhuǎn)驅(qū)動）、控制軟件、輻照度傳感器及通信網(wǎng)絡。再者，傳統(tǒng)單軸跟蹤系統(tǒng)成本較高，安裝技術復雜，調(diào)試麻煩，系統(tǒng)可靠性還差，運行維護多。
因此，Pursuit Solar 公司將開發(fā)一種無馬達、無控制系統(tǒng)、不消耗外部電力、維護簡單的光伏跟蹤支架。
該設計的特點是：
跟蹤更加簡單– 完全由太陽驅(qū)動并定位，系統(tǒng)本身只有運動部件，無需電網(wǎng)或電池供電；部件成本更低– 部件越少，成本越低，無論是采購、安裝或是維護成本；跟蹤更加可靠– 驅(qū)動設計基于成熟的熱工液壓原理。
Pursuit Solar認為，該產(chǎn)品尤其適合于戶用、工商業(yè)、農(nóng)業(yè)及小型地面光伏電站。
4.PV WaRD水分析軟件
參賽團隊開發(fā)了一個量化的水測量系統(tǒng)，以幫助解決光伏組件中與水分相關的故障。該系統(tǒng)采用非接觸的無損技術，測量光伏組件內(nèi)的水分含量，為預測組件的長期衰減機理提供了基礎數(shù)據(jù)。
組件應用過程中會出現(xiàn)封裝材料變黃、分層和接觸腐蝕，組件內(nèi)水分的存在會加速這種變化。因此，該項目假設組件衰減與組件生命周期中不同階段的含水量有某種函數(shù)關系，通過組件內(nèi)部含水量的變化評估組件可能的發(fā)電量損失，為保險或投資運營提供重要參考。
該技術設想有兩種應用方式：
一：作為評估工具來確定水分對已安裝光伏組件的影響；
通過與公用事業(yè)公司合作，在不中斷正常運營的情況下對已部署的組件進行濕度和性能測試。與NREL已經(jīng)進行的組件加速老化和耐用性測試數(shù)據(jù)綜合，深入了解水分在測試中的作用。
二：作為組件制造的質(zhì)量控制工具。
與組件制造商合作，在制造和質(zhì)量控制測試階段的不同階段測量含水量，重點放在濕熱測試前后。根據(jù)結(jié)果，進而通過去除多余水分啟動二次測量。該結(jié)果能夠評估潛在的成本節(jié)約、產(chǎn)量提高以及濕度監(jiān)測對產(chǎn)量的影響
項目需要定制加工和數(shù)字化處理信息數(shù)據(jù)，與行業(yè)投資商一起濕度相關的衰減預測對組件安裝和保險成本的影響，提高對新保險和整個項目承保的信心，在項目索賠中，通過這些測量分析項目失效的原因，例如定量地顯示暴風雨對發(fā)電量損失和對未來性能的預期影響。
5.遠程部署的光伏組件
如果你的屋頂或地面有時要派用場，那你就無法安裝固定的光伏陣列。因此，Rise Energy Systems公司（RES）準備開發(fā)一種新的工商業(yè)及戶用光伏安裝，目標是創(chuàng)建一個可遠程部署的光伏陣列，當現(xiàn)有鋪設區(qū)域不被使用時安裝，使用時收起，為那些沒有合適屋頂?shù)娜颂峁┨柲芙尤�，降低軟成本，增加清潔周期，降低所需的支架成本�?
該系統(tǒng)需要進行電氣、機械和風荷載試驗。電氣試驗確定發(fā)電性能和安全，機械測試驗證組件是否能縮回到存儲容器中，大型風洞測試以確定自動退縮機構失靈的情況和災難性故障下最大的安全風速。
6.機器人技術改變了光伏電站的景觀
光伏電站的除草對于電站運維至關重要，盡管中國的光伏電站有“光伏羊”除草創(chuàng)意。人工除草對于大型光伏電站成本較高，除草劑對環(huán)保不利。本項目旨在開發(fā)一種除草機器人，優(yōu)化切削刀片設計，優(yōu)化電池壽命、維護間隔、割草頻率、割草質(zhì)量和噪音水平，能使用光伏電力。此外，機器人還要自動識別柱子、柵欄等障礙物，并能維護靠近柱子和柵欄的植被。
7.雪地光伏組件
寒冷地區(qū)的大雪對于光伏電站的發(fā)電和運維是嚴峻的挑戰(zhàn)。NREL數(shù)據(jù)顯示，美國受影響地區(qū)每年的光伏風險損失為2-16%，北方地區(qū)的因大雪導致的光伏發(fā)電量損失達10-16%，極端情況下，更北部的地區(qū)光伏發(fā)電量損失可能達到40%。傳統(tǒng)的光伏組件不是為冰雪條件而設計的，因此降雪會影響光伏組件壽命和維護成本。
項目旨在開發(fā)出一種解決方案，使用標準的太陽能電池板制造技術，創(chuàng)建一個優(yōu)化的太陽能電池板，以減少冰雪造成的損失。
在原型設計中，項目計劃使用彎曲的金屬板作為組件的后框架，其納米加熱技術比普通的電阻加熱效率提高2.5倍。
8.跟蹤支架基座Tacker Sleds
農(nóng)場為了改善土壤健康，會盡量少用化肥，因此會將某塊地進行覆蓋植被與經(jīng)濟作物輪換種植，這也增加生物多樣性，減少水土流失。
本項目發(fā)明的跟蹤系統(tǒng)基座就是為了讓農(nóng)場方便地將底座在覆蓋植被用地和經(jīng)濟作物用地之間轉(zhuǎn)運，讓光伏跟蹤支架系統(tǒng)從固定式變成移動式。。
9. 光伏簡單組裝套件
太陽能無處不在，但太陽能系統(tǒng)并非處處可在。在一些不具備光伏陣列安裝條件，卻需要使用光伏發(fā)電的場合，這種簡單的光伏組裝套件便成為一種很好的選擇。
這種光伏套件，可隨時移動，安裝快速簡單，沒有常見的屋頂光伏如遮陽、坡度、方向、屋頂年限、攀爬等問題，用戶能夠隨時帶到下一個需要的地方。一般DIY用戶可以完成組裝，只需要一名電工完成與電網(wǎng)的最終連接，減少安裝成本。能為“能源孤島”提供太陽能+存儲能力，提高社區(qū)的能源彈性。產(chǎn)品可設計為美觀的有機外觀（綠色/棕色）或現(xiàn)代（銀色/黑色）。
產(chǎn)品增加了許多主要的、目前尚未開發(fā)光伏，卻陽光充足地區(qū)的太陽能利用率，如家裝和家居用品商店、賣場、臨時建筑，一些為行人和車輛提供清潔能源、遮陽的商業(yè)和民用場所，提升場所的“綠色”形象，也適于災后恢復、新建筑區(qū)域、節(jié)日等半永久性建筑。
結(jié)語
看完這九個光伏應用及材料創(chuàng)新，您有什么收獲嗎？您有沒有相似或更好的創(chuàng)意和大家一起分享？歡迎在文末留言，也歡迎對這九個國家級創(chuàng)新創(chuàng)意投票。也請期待下一期，美國制造太陽能獎的11個光伏系統(tǒng)集成創(chuàng)新項目。
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