做座光伏系统安装创新技术

光伏系统安装创新技术

第一部分：太阳能电池生产商在降低制造成本及提高产品效率方面一直不遗余力。但是如果光伏系统安装及收集电能的外围设备方面的成本抵消掉制造方面节省的成本，而且导致终端用户使用成本上升的话，生产商的这些努力无疑会付之东流。Joyce Laird报道了在用户方面有哪些工作正在进行中，以推动光伏利用转变成普遍的现实，即以合理的成本满足所有的需求。

能源收集技术创新

目前有许多新的外围设备正在开发中，用于提高光伏系统的效率。美国国家半导体公司（National Semiconductor）是一家著名的半导体及集成电路制造商，其旗下Renewable Energy Group也非常知名。这家总部位于美国加州的半导体制造商正试图将IC技术应用到光伏领域。

“我们采取的方式是将分配式电子应用到光伏系统中，希望可以提高能源收集岩棉超过600℃以上就会粉化效率，”Renewable Energy Group总监Ralf Muenster说。“我们不了解背后的技术，我们的目的是要解决目前所有光伏系统中存在的一些缺陷。”

基本逆变器技术存在的问题是，即使是最小的失配也会给能源收集带来相当大的影响。有研究发现，当电池板阴影遮蔽面积仅为1.5%时，光伏系统发电量会损失17%；而当阴影面积达10%时，整个系统发电量会减少50%，甚至更多。

国家半导体公司推出的SolarMagic是一个尺寸较小的电源优化装置，仅有两个输入端和两个输出端，既可以用于已经存在的系统中，也可以配套到新系统中，安装在电池板后面。该装置可以将太阳能电池板产生的电能（不管是占总发电量的100%还是50%）进行优化，并传输给逆变器。“我们可以帮助光伏系统挽回大约50%～60%的电量损失。”Muenster说。

他指出最终最好的解决办法就是将IC板整合到电池板后面的接线盒里。国家半导体公司目前正针对这个目标与电池板生产商进行合作，希望能尽快推出整合后的系统。不过在该系统推出前，SolarMagic模块可以帮助解决电量损失的问题。

“我们只是想把我们的技术带给所有的电池板生产商，告诉他们怎样设计PCB板并保证其可靠性。当PCB板整合到接线盒中后可以至少使用25年，我们提供电子方面的技术。我们的解决方案可以满足各种需求，从私人住宅到商业用途再到公用工厂等。”

以色列Solar Edge公司也开发了一种电量收集技术。他们推出的系统包含三个部件，分别是用作模块式最大功率追踪器（MPPT）的PowerBox、高效率逆变器及用于模块式监测和故障诊断的络显示平台。PowerBox嵌入到电池模块生产商的每个模块中，而不是放到接线盒中。PowerBox还可以由光伏系统安装承包商负责整合到晶体硅、薄膜及聚光光伏模块中。

“光伏系统的效率还很低。一直以来人们都是将技术开发放在提高电池片效率方面，而不是从整个系统的角度进行技术创新，”Solar Edge公司产品战略及业务开发副总裁Lior Handelsman说。“如果整个光伏系统连接到一个逆变器上，该逆变器是无法对来自不同模块的电量进行优化的，这会造成2%~25%的电量损失。”

Solar Edge公司采取了另外一种方式进行电能的收集，即从单个模块上进行电能收集。Solar Edge开发了一个小型晶片，将其安装到每个电池模块后面的接线盒里，这样就可以改变所有电量都汇总到一个大型逆变器里的收集方式。

这样逆变器的作用就是在电能最终输入电前将直流电转变成交流电。“系统发研制生产单位从研制生产之初就主动按所要求的认证规则去组织科研生产等活动电容量与逆变器相匹配，而且我们非常清楚每一个电池片的运行情况。此外单个电池片无论出现什么问题也不会影响整个线路的效率，”Handelsman说。“正因为这样，你可以采用各种类型的逆变器，包括简单、成本较低的产品，即便如此，也还可以将系统输出电量提高2%~25%。我们的技术支持所有类型的光伏模块，功率可达到100伏。”

Borrego公司为其客户提供的服务，都是从可行性分析到设计再到系统安装

（图片由Borrego Solar Systems公司提供）。

安装支架

光伏电池板安装不得当也不能保证系统正常的发电。最专注这一领域的公司也许是总部位于德国的Schletter公司.。该公司主要提供支架系统，用于居民房顶及大型地面光伏系统安装，包括定制安装。他们目前还设计模块化产品，为集成商实施太阳能项目提供交钥匙支架解决方案。

“我们大部分支架在交付给客户前基本都完成了70%的安装工作，”Schletter公司位于美国亚利桑那州新工厂的高级销售经理Sven Kuenzel表示。“从结构上看，我们的产品基本上就是‘即插即用’型，这不仅大幅节省了安装时间，还节省了大量的人力，这也是成本节省的关键。有人认为支架本身在制造成本上已经没有降低的余地了，对太阳能电池生产商来说也是如此。成本还可以进一步得到降低的是安装过程，让整个系统的安装更快更可靠是关键。”他说。

夏普太阳能解决方案集团（Sharp Solar Energy Solutions Group）在太阳能领域的业务很广，从si-PV到CIGS太阳能电池生产。该集团位于加州的公司副总裁Ron Kenedi表示，夏普虽然不进行系统安装，但夏普提供的产品可以帮到负责项目施工的企业。

“我们的支架在商用光伏系统安装方面易于操作，还为居民用光伏系统开发了一个完整的系统，称作OnEnergy。该系统包含加了框架的太阳能电池模块及逆变器。OnEnergy在交付到现场后，承包商只要安装好即可使用。”Kenedi说。

夏普OnEnergy太阳能系统采用UL认证的栏杆相连的接地方式，这样做就不用在整个阵列的不同模块之间还采用地线进行连接。该系统的支架事先切割好，而且钻好孔，栏杆的数量也减少了，此外还带有安装工具，所需的接地片和铜线也不多。OnEnergy系统可以有效帮助减少安装时间，从而也降低了整个系统的成本。

“在大型公用规模的光伏系统方面，我们正在与承包商进行合作，希望为我们的薄膜太阳能模块提供最好的系统。我们已经设计出了不用水泥的安装方式，通过一种特殊设备将支架打到地上，整个模块就安装好了，”Kenedi说。

国家半导体公司提供的设备采用分配式电子技术可以使光伏系统能源收集效率最大化

（图片由国家半导体公司Renewable Energy Group提供）。

各种层面的系统集成商

系统集成商可以其独特的视角了解整个光伏行业的现状，以及影响太阳能获得广泛应用的因素。所有这些集成商在为其客户提供服务时，都采用从可行性分析到设计再到系统安装这样的流程。

总部位于马萨诸塞州的Borrego Solar Systems公司就是这样一家集成商。“我们专注于商业建筑和市政设施如学校的光伏系统安装，而且我们对光伏技术本身并不了解。我们需要能够利用最好的解决方案来进行项目的实施，”该公司CEO Ike Hall表示。“基本上所有的客户都希望取得好的效果，如果我们不能保证这一点的话，整个项目就失去了意义。此外，我们还会帮助客户把风险降到最低，我们需要保证整个系统及部件至少运行25年。”

要做到这一点，Borrego需要与拥有成熟技术及良好财务状况的公司进行合作，不管是电池生产商还是系统外围设备供应商。投资人一般不愿意与一家没有保障的有合资背景的公司一起承担财务风险。“我们感觉到，当市场越来越成熟时，大家关注的重点将转向能源购买上，而不是系统购买上。最终，我们想发展成为一家可以涵盖所有领域的能源服务供应商，”Hall表示。

Innovateus Solar是一家全球性光伏产品销售商，经常与一些公司保持紧密合作，进行商业性屋顶光伏系统的安装。让正确的系统安装在正确的位置并得到正确的使用是该公司的终极目标。在项目实施时，Innovateus Solar公司首先会了解一下屋顶的类型，然后是地理位置。这些因素决定了什么类型的电池板、采取怎样的安装方式可以取得最好的效果。

Meridian Solar公司设计副总裁Charley Farmer表示他最近看到的最有吸引力的技术就是Solyndra公司生产的光伏模块。“吸引我的地方就是Solyndra创建了完全不同的形式，解决了CIGS光伏电池模块一直以来面临的问题。在跨度较大的而且采用TPO材料的屋顶（比如仓库）上安装商业用光伏发电系统，用户肯定不想他们的屋顶被打穿很多洞。而且这样的屋顶也不能像面积相对较小的商业建筑屋顶那样承载太多重量。Solyndra公司的光伏系统非常轻，大约3磅/ft2,（相当于14.65kg/m2 — 译者注），而传统的系统大概为10~20磅。且该系统就好像乐高玩具一样可以简单拼装起来，不用在屋顶上打桩。我们对这个产品非常期待。”

Farmer认为还有一个引起广泛兴趣的产品是独立逆变器，以及最新的直流电转变为交流电的转换器的出现，包括国家半导体公司的SolarMagic模块和Enphase公司的微型逆变器。“你会看到这些公司的市场份额越来越大。到目前为止，我们所安装的光伏系统中有15%都采用了Enphase公司的技术。”

针对市场本身，Farmer对法规持有鲜明的观点。他认为，“有大量太阳能系统的安装根本没有使用任何注册结构工程师，他们就想当然地认为建筑物可以承受住额外加在上面的重量。美国目前还没有相关法规要求，因此项目的实施具有很大危险性。我们在Meridian市就聘请了一位独立的结构工程师，帮助我们对项目进行分析，确保安装系统后不会影响公共安全。”

安装项目的合作

位于纽约的Pristine Eco Systems公司主要业务是承接安装工程，公司在电气和建筑两个领域拥有的专业技术让其可以对太阳能行业有个相对全局的认知。公司所有者Greg Darvin说：“我们设定了一个非常现实的目标。在向客户推荐太阳能系统之前，我们会详细了解客户目前采用的所有能源利用途径。整个系统不仅要符合审美标准，还要正确地安装，此外要考虑很多结构上的问题。”

与其他集成商和安装承包商一样，Darvin也认为该行业缺乏相应的法规。以美国为例，唯一的认证形式是NABCEP（北美能源从业者认证理事会）。美国总共有800家公司获得了NABCEP认证，Pristine公司便是其中之一。“我们需要一个国家性的认证委员会，此外，每个州也应该有一个委员会。目前除了一般能源外还没有此类委员会，而一般能源认证委员会根本无法解决太阳能行业独特的需求。太阳能行业需要有针对性的专业技能来确保项目安全顺利的开展，”Darvin说。

位于美国纽约的Pro-Tech Energy Solutions LLC和Whitman公司是另外一个在太阳能系统安装方面取得成功合作的例子。Pro-Tech公司总裁John Drexinger表示，自从与Whitman公司合作以来，他们已经在新泽西州安装了总发电容量超过11MW的太阳能发电系统。“拥有一个在建筑和物理工程方面具有专长的公司作为合作伙伴非常关键。在项目的每个方面都需要有专业人员，而不仅仅是能源方面，这点尤其重要，”他说。

Whitman公同时司总裁Barry Skoultchi和总监Carey Ruetsch都认为与Pro-Tech公司的合作为那些计划利用太阳能的商业及工业化公司提供了更加全面的工程服务。“Whitman公司作为一家涉及多学科的工程公司在这个行业运营了25年。我们为Pro-Tech公司提供屋顶系统结构工程在设计方面的工程支持。”Ruetsch说。

这两家公司还有一个业务与其他项目实施承包商不同 — 他们会在不同地点针对不同的太阳能电池板品牌对系统进行了解和评估。“你不能一直采用一种技术，只有在现场进行系统评估才能找到最合适的技术。”Drexinger说。

未来概念

加州的Cool Earth公司在公用规模太阳能发电方面拥有迄今为止最独特的概念，即太阳能气球。该公司还没有真正开始开发太阳能气球聚光器，只是以低成本方式进行相关的实验，有效地捕捉光子进行发电，该技术也在发展中。“气球就是聚光器。气球表面的整个前面部分是透明的塑料，而内表面采用了铝涂层，”Cool Earth公司CEO Rob Lamkin说。

当面向太阳时，膨胀的气球就会将光聚焦到内部的光伏电池片上，电池片捕捉光子然后转变成电能。膨胀后的太阳能聚光器直径约为10英尺（约3米 — 译者注），而太阳能电池片材料的长度只有8英寸（约0.2米 — 译者注）。接收器中间的太阳能电池是空间级硅材料或复合半导体材料，如SolFocus系统中采用的材料。

Cool Earth公司表示他们将于明年夏天开始建设第一个商业用公用规模的发电厂。Lamkin表示第一个工厂发电量约为1～2MW（技术验证），之后的工厂将达到10MW规模。“我们的目的不是为了卖设备。我们会将太阳能电厂发的电直接卖给大型公用单位，”他说。

今天，不管是商业公用规模还是居民住宅用途，光伏系统安装方面的创新技术都在不断提高太阳能的成本效益和安全性。太阳能电池模块、固定装置及设备供应商都在积极推出新的产品。在为某些应用领域选择最佳解决方案时，光伏系统安装公司可以充分利用这些创新产品和技术。(end)