天氣這么熱太陽(yáng)能發(fā)電不得起飛嘍??？嘍啊個(gè)頭……

蕭簫 2022-07-27 17:10:36 來(lái)源：量子位

明敏 蕭簫 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

就說(shuō)這高溫天氣把人逼瘋到什么程度了。

有人甚至動(dòng)了買太陽(yáng)能的心思，來(lái)給自己家空調(diào)供電。

HN上也是呼聲一片，“我們需要大量太陽(yáng)能板”還成為了全民熱議話題，討論度達(dá)到了809。

這種天氣下，英國(guó)7月一天的太陽(yáng)能發(fā)電量就達(dá)到了66.9吉瓦時(shí)，能滿足全國(guó)8.6%的需求，德國(guó)那邊據(jù)說(shuō)還達(dá)到了太陽(yáng)能發(fā)電量單日新高。

難道說(shuō)，極端高溫還真能“百害而有一利”？

BUT，非常抱歉，你可能想多了。

太陽(yáng)能發(fā)電，其實(shí)也怕高溫！

太高溫，光伏發(fā)電效率下降了

這事兒還得從太陽(yáng)能發(fā)電的設(shè)備說(shuō)起。

太陽(yáng)能發(fā)電的原理，本質(zhì)上是利用光照射半導(dǎo)體產(chǎn)生的光伏效應(yīng)（光生伏特效應(yīng)），將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

具體來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)將太陽(yáng)光照射到P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體接觸形成的PN結(jié)上，PN結(jié)吸收光子的能量后，激發(fā)電子和空穴（向相反方向移動(dòng)），從而出現(xiàn)異號(hào)電荷積累形成正負(fù)兩極，產(chǎn)生電壓。

從這個(gè)角度來(lái)看，更多的光能確實(shí)能產(chǎn)生更多的電能。

BUT，高溫不等于更多的光能（即使沒有太陽(yáng)光，環(huán)境溫度也可能非常高）。

不僅如此，它還會(huì)嚴(yán)重影響半導(dǎo)體的工作效率。

受自身性質(zhì)影響，半導(dǎo)體的溫度穩(wěn)定性極差，必須保持在20℃~30℃范圍內(nèi)才能正常工作，高溫散熱不及時(shí)的話，直接就燒壞斷路了。

除此之外，高溫還會(huì)產(chǎn)生熱斑效應(yīng)和PID效應(yīng)等影響。

熱斑效應(yīng)，指串聯(lián)支路中部分組件因某些原因被“遮蔽”，不僅無(wú)法產(chǎn)生電量，還會(huì)被當(dāng)做負(fù)載消耗其他支路產(chǎn)生的能量。

一旦出現(xiàn)高溫天，局部溫度過(guò)高的情況就會(huì)被加劇，強(qiáng)化熱斑效應(yīng)，直接導(dǎo)致組件電池板老化、損壞的情況。

畢竟作為暴露在外界的“一大塊板子”，光伏電池板不可避免會(huì)被污染，如出現(xiàn)鳥屎等。

放在平時(shí)，鳥屎也就是導(dǎo)致一個(gè)小電阻，但高溫一出現(xiàn)，就會(huì)加劇它帶來(lái)的影響，極易出現(xiàn)燒壞組件的情況。

除此之外，PID效應(yīng)（電勢(shì)誘導(dǎo)衰減）也會(huì)隨著高溫潮濕的環(huán)境加劇。

由于高溫天氣往往也伴隨著潮濕，因此空氣中的大量水蒸氣，會(huì)通過(guò)封邊硅膠或背板進(jìn)入組件內(nèi)部，從而導(dǎo)致組件內(nèi)部大量電荷聚集在電池片表面，造成性能嚴(yán)重下降。

綜合來(lái)看，太陽(yáng)能發(fā)電的最佳溫度在25℃，溫度太高反而影響發(fā)電。

而且，高溫或許還對(duì)新能源發(fā)電有更嚴(yán)重的影響。

比如一些核電站最近都在降低發(fā)電，因?yàn)榕懦龅睦鋮s水溫度太高，會(huì)對(duì)海洋生物造成威脅。

例如在去年年底，英國(guó)的托內(nèi)斯核電站就不得不緊急關(guān)閉，因?yàn)檩^高的海水溫度導(dǎo)致大量水母泛濫，以至于直接堵塞了他們的冷卻水出口。

同樣在這些年，美國(guó)加州、日本、菲律賓和以色列的一些海水降溫核電站，也因?yàn)椴扇『Ｋ鋮s的方式，導(dǎo)致大量水母繁殖而無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。

那么，高溫會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能工作效率下降的話，通過(guò)熱能這種方式可不可行呢？

還有哪些利用太陽(yáng)的發(fā)電方式？

眾所周知，我國(guó)是一個(gè)可以把黑人老哥都熱到中暑的高溫大國(guó)。

這么好的熱能資源，咱們當(dāng)然得利用起來(lái)。

所以除了太陽(yáng)能光伏發(fā)電外，我國(guó)還有很多利用太陽(yáng)能的新型發(fā)電方式。

比如常被拿來(lái)做比較的光熱發(fā)電。

在我國(guó)敦煌就建有全亞洲裝機(jī)容量最大、全球單機(jī)聚光面積最大的熔鹽塔式光熱電站。

今年6月，它的發(fā)電量超過(guò)了3379萬(wàn)kWh，單次連續(xù)不間斷發(fā)電262小時(shí)，晴天平均日發(fā)電量超過(guò)185萬(wàn)kWh。

與上述提到的光伏發(fā)電不同，它不需要昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，原理上其實(shí)類似于傳統(tǒng)的火力發(fā)電。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是用一面面大鏡子來(lái)聚集太陽(yáng)光，通過(guò)換熱裝置“燒開水”產(chǎn)生蒸汽，然后推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。

因?yàn)樵硐嘟?，它甚至可以直接接入傳統(tǒng)發(fā)電廠。

其最大的好處就是沒有太陽(yáng)光時(shí)，還能繼續(xù)發(fā)電。

通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)，光熱電站可以先將有太陽(yáng)時(shí)的熱能收集起來(lái)，在光線不足時(shí)再調(diào)用。

這就避免了光伏發(fā)電中，一沒太陽(yáng)就停擺的問題，還能根據(jù)下游用電需求來(lái)調(diào)峰。

與此同時(shí)，光熱電站所用導(dǎo)熱工質(zhì)是循環(huán)使用的，幾乎不產(chǎn)生排放。

更為關(guān)鍵的是，上述我們提到光伏發(fā)電易受高溫影響的主要原因在太陽(yáng)能電池板上，而光熱發(fā)電并不使用這一部件。

所以，應(yīng)對(duì)極端高溫氣候，光熱發(fā)電或許會(huì)更有優(yōu)勢(shì)？

但光熱發(fā)電同樣有劣勢(shì)，那就是對(duì)光照、占地面積要求更高，不是一種適合小型化的技術(shù)路線。

比如敦煌光熱電站的鏡場(chǎng)總面積達(dá)到了140多萬(wàn)平方米。

一直以來(lái)，它的建設(shè)成本也居高不下，可達(dá)到光伏發(fā)電的4-5倍。

而除了陸地上，在水面上也能利用太陽(yáng)能發(fā)電，還能順便解決太陽(yáng)能電池板高溫的問題。

這就是浮動(dòng)式水面光伏發(fā)電。

簡(jiǎn)單理解，就是讓太陽(yáng)能發(fā)電板漂浮在水上，水作為高熱容物質(zhì)，能為光伏板散熱提供有利條件。

而且這種發(fā)電廠，可以直接建在城市郊區(qū)的湖泊水面上。

比如在我國(guó)德州丁莊鎮(zhèn)，就建有世界單體容量最大的漂浮式光伏電站，總裝機(jī)容量為320兆瓦。

屬實(shí)是“躺著就能發(fā)電”了。

One More Thing

那么，格局再打開些，把太陽(yáng)能板發(fā)射到太空可以嗎？

畢竟地球上能接收到的太陽(yáng)能量，不僅已經(jīng)被大氣層反射散射過(guò)，各地區(qū)的空氣質(zhì)量也會(huì)影響太陽(yáng)能發(fā)電的效率。

在太空中，太陽(yáng)能板理論上還能做到24小時(shí)持續(xù)工作，不存在夜晚的影響。

于是在20世紀(jì)70年代左右，就有人提出了天基太陽(yáng)能（Space-based solar power）的發(fā)電方法。

嗯，就是將衛(wèi)星發(fā)射到太空中，在太空中收集太陽(yáng)的能量傳回地面。

它需要在衛(wèi)星上搭載光伏電池，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，再通過(guò)天線發(fā)射微波的方式，將電能傳輸?shù)降孛娼邮照尽?/p>

國(guó)內(nèi)外都有過(guò)這方面的研究計(jì)劃。2008年，日本提出要把空間太陽(yáng)能作為國(guó)家目標(biāo)，還制定了相應(yīng)的商業(yè)化路線圖；2014年，國(guó)內(nèi)西安電子科技大學(xué)也提出了OMEGA（球形膜能量收集陣列）計(jì)劃。

然而，受限于發(fā)射成本，天基太陽(yáng)能研究并沒有火起來(lái)。

直到這幾年，隨著發(fā)射成本的降低，NASA也開始重新考慮“天基太陽(yáng)能”這一技術(shù)的前景。

據(jù)SpaceNews消息，NASA已經(jīng)與一些技術(shù)機(jī)構(gòu)就這件事進(jìn)行了討論，計(jì)劃將結(jié)果在今年9月的國(guó)際宇航大會(huì)（IAC）上展示。

不過(guò)，早在2012年，馬斯克就吐槽過(guò)這是個(gè)“蠢到?jīng)]邊兒”的事情。

你感覺這種發(fā)電方法可行嗎？

參考鏈接：
[1]https://www.cnbc.com/2022/07/26/surging-temperatures-are-good-for-solar-panels-right-the-answer-is-its-complicated.html
[2]https://fortune.com/2022/07/19/europe-solar-panels-lose-efficiency-in-high-temperatures/
[3]https://caseyhandmer.wordpress.com/2022/07/22/were-going-to-need-a-lot-of-solar-panels/
[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Space-based_solar_power
[5]https://news.ycombinator.com/item?id=32197012
[6]http://ex.chinadaily.com.cn/exchange/partners/77/rss/channel/cn/columns/8hk2q2/stories/WS62a92f05a3101c3ee7ada95b.html
[7]https://www.reddit.com/r/space/comments/r0yeu6/elon_musk_called_spacebased_solar_power_the/