如果光伏板可以像向日葵一样追着太阳转,就可以大大提升光伏发电量——这是李杰吾教授在年轻时就认定的一个想法,如今,他已经为此潜心研究了三十余年,并成功研发出了能让光伏发电机“追日”的聚光跟踪技术。
李杰吾教授
今年已81岁高龄的李杰吾教授生于湖南新化。1962年,他从湖南师大物理系毕业后,便响应国家支援边疆的号召来到内蒙古,扎根在了包头。早在上世纪80年代初,李杰吾的科研目光就转到了光伏领域。1982年,他牵头成立聚光光伏课题组,开始了光伏增效降本的科研历程。
李杰吾在这条科研路上走得并不顺利。1990年,他带领课题组成功研制出“100瓦聚光跟踪光伏系统”。该项目被评为包头市科技进步一等奖,并列入国家级火炬计划。此后5年间,国家两次拨款千万元左右,给予项目重要支持。但可惜的是,这套系统因为李杰吾自己认为 “不可靠”,而主动放弃了拨款。此次挫折激发了李杰吾更大的斗志,他下定决心,一定要攻克跟踪可靠性与低成本难题。
1997—1999年,李杰吾将“聚光跟踪光伏系统”技术转让给了企业,开始了第一次产业化生产。此时,日轴跟踪系统已达到90%的可靠性。
2002年,李杰吾从内蒙古科技大学(原名包头钢铁学院)退休,但他没有停止“追日”的步伐。2008—2010年,他成功研发出“非对称聚光跟踪光伏系统”,并取得发明专利。2010年,李杰吾卖掉了北京的房子,成立包头市杰华太阳能研究所,毅然决然在解决高可靠、低成本双轴跟踪世界难题这条道路上继续前行。
2017年,李杰吾成功研制出3千瓦微聚光光伏发电机,并在湖南省冷水江市建成第一座聚光式与固定式对比光伏并网示范电站。李杰吾通过这座示范电站得到了宝贵的试验报告。试验结果显示,相较于固定式光伏板,聚光式光伏板的发电量可提高72%。同年,他为自主研发的“定日聚光光伏发电机”申请发明专利,该项目在第二年被正式列入包头市“重点领域关键技术攻关和科技成果转化项目”。
2018年,李杰吾在《太阳能学报》发表论文《主动对日双轴跟踪的物理理论》,并带领课题组成功发明出整套物理双轴跟踪技术。根据新理论,只需要同步卫星提供的精密时间这一个讯息,代入基于物理理论推导出的一个方程式中,就可实现光伏组件常年昼夜持续、准确对准太阳。
2020年,李杰吾的3千瓦微聚光光伏发电机在包头市建成,并经历了多场十级大风、沙尘暴天气,以及零下27摄氏度严寒的长期考验,做到了可持续、免维护、准确跟踪太阳。截至目前,这台发电机已累计向国家电网输送了超过6000千瓦时的电量。
看似平坦的科研道路背后,是李杰吾几十年如一日排除万难的艰苦付出。科研并不是有理论知识就能够前进,还需要大量的资金投入。李杰吾多年前卖掉房子得到的100多万元与动辄上千万的试验资金相比,不过是杯水车薪,经费困难的问题长期找不到好的解决办法。 “按照国家相关项目申报的规定,项目负责人年龄不能超过六十岁,而我已经八十岁了。” 谈到科研经费的问题,李杰吾表示十分遗憾,“长期以来,我只能做小规模的研究与试验。多年来,我始终想通过在屋顶架设发电机的方式,在包头做聚光式与固定式光伏系统年发电量对比试验,却因经费困难不能圆满完成。”
在李杰吾看来,聚光跟踪技术在推动光伏电力增效降本方面有着巨大的发挥空间。“物理对日双轴跟踪理论在实际应用中科学而简洁。试验结果显示,几台样机的聚光跟踪成本在1.6元/瓦左右,若大规模投入生产,成本还会进一步降低1—2倍,达到0.6—0.7元/瓦。增加的成本约为光伏电站总成本的1/5,而发电量可提高50%以上,经济效益十分明显。”
值得一提的是,尽管应用聚光跟踪技术会大大增加光伏板光照能量,但并不会因此影响光伏电站的使用年限。对此,李杰吾也给出了解释:“世界各国都认真研究过,对晶硅组件进行2倍的聚光,可以提高光电转换效率。美国与西班牙都曾建成大型2倍聚光光伏电站,已经正常运行二三十年。为增强抗风能力,我们决定选用1.35倍的微聚光,就更不用担心使用寿命的问题了。目前,我们已经做了15年的试验,尚未发现组件异常。”
在自己热爱的事业上艰难前行,李杰吾无怨无悔。在他的心里,最在意的不是自己的辛苦付出,而是我国光伏事业的不断发展。李杰吾带着光伏板追逐太阳三十余年,自己的身上也散发出令人敬佩的光芒。如今,他希望更多人能关注到聚光跟踪技术,给予这项技术更多发展机会,继续为光伏产业降本增效奉献出全部力量。
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