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太阳能光伏
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2024/6/17 7:54:11 阅读:57次 【字体:
 
太阳能光伏

太阳能光伏 (PV),正迅速成为可再生能源技术之一。可用于小规模的个人家庭,也可用于中规模的大型工业屋顶,还可用于大规模的陆上和海上太阳能发电场。
光伏发电将进一步普及,

一个简短的历史
 1883 年查尔斯·弗里茨 (Charles Fritts) 发明第一块太阳能电池板(效率仅为 1%)以来,太阳能光伏技术已经取得了长足进步。虽然贝尔实验室于 1954 年首次使用第一块可行的商用硅太阳能电池,其设计由拉塞尔·奥尔 (Russel Ohl) 于 1939 年和 1941 年创建并获得专利,如今许多太阳能光伏设计中都采用了这种电池,但我们不得不等待一段时间,该技术才真正得到采用。
太阳能光伏的第一个有意义的用例是“超凡脱俗的”,第一个商业应用是 1958 年在先锋 1 号卫星上部署。
1979 年 6 月 20 日,美国总统吉米·卡特在白宫屋顶安装太阳能电池板,这被视为该技术的一次突破。

一个正在快速发展的可行应用。

第一个并网太阳能系统于 1994 年左右在英国安装。此后,但效率仍然很低,经济效益也不理想,部分原因是技术原因,部分原因是与南欧和世界其他气候较温暖的地区相比,不列颠群岛接受的太阳辐射较少。但在接下来的十年里,太阳能光伏行业经历了效率提高等多项技术突破,再加上成本的快速降低,经济效益变得更为强劲。各种政府补贴计划也促进了太阳能光伏的日益普及。

2023 年太阳能光伏
太阳能光伏都是最有前途的能源技术之一,具有巨大的未来增长空间和潜力。有多种不同的面板可供选择,材料可根据特定用例、环境和天气模式量身定制。如今的效率提升与该技术刚起步时大不相同,最新设计的效率提升为 22% 至 29% 左右。
随着产量的提高、电池技术的进步以及大规模生产和利用,成本不断下降,太阳能光伏安装率也随之“飞速增长”。需求的增加激励了进一步提高效率,该技术的前景从未如此美好。
尽管面临生活成本危机,英国家庭安装的家用太阳能仍然比去年多,今年迄今为止,平均每月有超过 17,000 户家庭安装太阳能电池板。
太阳能光伏的激增
根据国际可再生能源机构(IRENA)的数据,太阳能光伏是增长最快的能源,自2010年以来增长了26倍。截至2022年底,全球太阳能光伏装机容量为1047吉瓦。仅在2022年增加的数量就达到191吉瓦,这表明该技术的快速发展。
IRENA的研究还强调了螺旋式下降的成本。从2020年到2021年,根据最新数据,新投产的公用事业规模太阳能光伏项目的成本从0.055美元/千瓦时降至0.048美元/千瓦时。这是由于该技术的全球加权平均总装机成本下降了6%,从2020年的916美元/千瓦时降至2021年投产项目的857美元/千瓦时。
那么,假设太阳革命将继续发展有多快是公平的呢?数据分析师根据太阳能光伏成本下降的速度分析了这些数据,并得出结论,这符合莱特定律。随着技术累积产量的增加,遵循莱特定律的技术会以一致的速度变得更便宜。对于太阳能光伏来说,产能每增加一倍,成本就降低20%。
例如,1976年,全球安装的太阳能不到0.5兆瓦,1瓦的成本是106美元,但1980年安装了1兆瓦,成本下降到每瓦30美元,2019年下降到0.5美元以下。
上图显示了增加太阳能光伏发电容量和相关成本下降。
太阳能光伏材料革命
虽然硅长期以来主导着太阳能光伏,但其他更可持续和高效的材料现在正在进入该领域,并创造了一个更加多样化的材料市场。
钙钛矿太阳能电池
钙钛矿基太阳能电池由于其高转换效率和低成本的生产工艺而受到关注。研究人员正在不断提高这些电池的稳定性、可扩展性和耐用性,使它们成为传统硅基光伏电池的一种有前途的替代品。
串联太阳能电池
串联太阳能电池结合了多种具有不同吸收特性的半导体来提高整体效率。通过在单个设备中堆叠不同的材料,研究人员已经实现了超越单个材料限制的效率。这些电池现在已经商业化,并有可能使太阳能更具成本效益。例如,在串联结构中结合钙钛矿和硅电池已经证明了卓越的效率。通过利用钙钛矿对可见光的高吸收和硅的稳定性,科学家在转换效率方面取得了显著突破,推动了太阳能捕获的极限。
透明太阳能电池板
研究人员一直致力于开发可以集成到窗户和建筑外墙的透明太阳能电池板。这些电池板允许阳光穿过,同时将其转化为电能。随着不断的改进,它们有可能通过将整个表面转化为发电资产来彻底改变建筑设计。
彩色太阳能电池板
最近,研究集中于开发不同颜色的太阳能电池板,使它们能够集成到各种建筑设计中。这为注重美观的住宅和商业环境中的太阳能装置提供了新的可能性。
太阳能电池板回收
随着太阳能电池板的使用持续增长,对高效回收流程的需求变得至关重要。科学家们正在努力改进回收技术,以确保回收和再利用有价值的材料,减少废物和环境影响。
增强的制造技术
正在探索新的制造方法,如溶液加工和3D打印,以进一步降低成本和提高生产效率。这些技术能够在各种柔性衬底上制造太阳能电池,为太阳能服装和便携式太阳能设备等新应用开辟了可能性。

太阳能光伏突破效率
当谈到太阳能光伏的突破时,首先想到的是效率的提高,就在几个月前的7月,效率提高了一倍。科学家使用前面描述的令人兴奋的钙钛矿材料在太阳能电池板效率方面取得了重大突破。
通过在硅层上添加一层钙钛矿(另一种半导体),太阳能电池突破了效率上限,超过了30%的里程碑。钙钛矿从可见光谱中捕获蓝光,而硅捕获红光,提高了总的捕获光量。
位置
增加太阳能光伏定位的选择也可以被视为一个突破。直到最近,只有风力发电被认为是适合海上的可再生技术,但现在世界各地安装了几个浮动太阳能发电场,为利用海洋表面的广阔空间而不是用于其他目的的土地提供了可能性。
组合技术
将太阳能光伏和风能结合起来,可以提供更稳定的可再生能源供应。
一些公司正在对此进行试验,其中包括西班牙能源巨头Iberdrola,该公司已经开始在澳大利亚试运行一个风光互补项目。
更进一步,化石燃料巨头荷兰皇家壳牌公司开发的一个项目将在荷兰近海建造一个风力和太阳能联合发电场。
太阳能和存储
随着电池技术的革命,将太阳能光伏与巨型电池相结合将真正把太阳能光伏的使用案例提升到一个新的水平。由Matrix Renewables开发,位于西班牙安达卢西亚的Rocío 1号、2号和3号太阳能工厂的启动将是西班牙第一个采用共址电池存储系统的项目,也是该国最早的电池存储项目之一。
英国和全球太阳能光伏管道和前景
毫无疑问,太阳能将在英国和海外继续发展。但这种增长不会是线性的——会有高峰和低谷。
当前的生活成本危机加上英国退出欧盟的影响,在短期内损害了英国的太阳能产业。由于汽油价格飙升和家庭削减成本,能源账单飙升,安装太阳能将不会是许多人的首要任务。
由于英国太阳能公司在很大程度上依赖进口电池板,英国太阳能行业将推动政府与欧盟和其他国家达成协议,以便进出口关税不会使太阳能在英国变得更加昂贵。
人们对全球供应链以及全球领先的太阳能材料生产国美国和中国之间的战争的影响感到担忧。
拜登政府收紧对中国的关税无助于减少对中国的依赖,也无助于帮助市场。仅在2023年,中国将安装比美国自20世纪70年代初购买第一批太阳能电池板以来所部署的更多的新太阳能电池板——这似乎是一个不可动摇的优势。
还有其他的影响需要考虑,比如稀土矿的可用性,这不仅是太阳能电池板的关键元素,也是风力涡轮机、电动汽车、手机、平板电视等等的关键元素。
如前所述,太阳能电池板的核心材料不再是硅,这将改变所需的材料和稀有稀土元素。主要开采于中国(全球稀土元素供应量的97%产自中国)和非洲国家,美国也有已知资源,最近在格陵兰和格陵兰都有发现。
部署、创新和技术只会朝着一个方向发展,那就是产能越来越大、效率越来越高、生产成本越来越低、技术进步带来更可持续的材料。
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