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太阳能光伏发电是什么?太阳能光伏发电有哪些瓶颈

2023-05-30 13:03:17 2064

摘要:  近两年太阳能光伏非常火,大约3000多年前,从我们中国人利用阳燧来聚光来生火开始,就开始有意识的运用太阳带给我们的能量,到公元前7世纪,中国人开创了太阳能建筑的先河,公元前5世纪,苏格拉底在希腊发表了关于利用太阳能的演讲,公元前1世纪,...

  近两年太阳能光伏非常火,大约3000多年前,从我们中国人利用阳燧来聚光来生火开始,就开始有意识的运用太阳带给我们的能量,到公元前7世纪,中国人开创了太阳能建筑的先河,公元前5世纪,苏格拉底在希腊发表了关于利用太阳能的演讲,公元前1世纪,罗马人发明了一种名为阳光充足的房间的玻璃房,可以将温室效应应用于公共浴室。下面潇湘生活百科就给大家分享一下太阳能光伏发电是什么?太阳能光伏发电有哪些瓶颈,感兴趣的朋友们一起来了解一下吧。

  公元1世纪,亚历山大的希罗建造了一个太阳能虹吸管,利用加热的空气使水从一个空间流到另一个空间进而做机械功。达芬奇也曾设计过一个6.4km长的镜子用来加热工厂的锅炉(已经开始建造,但是一直未完成)。

  到了1874年,法国数学教授古斯丁建造了世界上第一台太阳能发动机,然后在1879年发现了将太阳辐射转化为电能的方法。而且,他利用这种电流分解出了水中的氢和氧,把氢作为燃料存储起来,由此成功激发了太阳能的现代应用。

  1904年就已经能够实现太阳能装置存储热水,实现了发动机24小时不间断供电,并已实际应用。随后,太阳能热水器就在加利福尼亚州大量涌现,1977年该州60%的游泳池已由太阳能供热,1979年,卡特总统在白宫屋顶上安装了太阳能热水系统。到1986年,以色列已经有60%的人口在使用太阳能热水器。到2016年,如果德国所有太阳能光伏板满负荷生产,那么太阳能可以供应德国1/4的电力!

  人类对于太阳能的利用确实取得了飞速的发展,而现在很“火”的太阳能早就不是什么新鲜事儿,在过去已经“火”过很多轮了,这次的“火”是不是有本质的不同?

  太阳能光伏发电是什么

  我们这两年听的比较多的“光伏”其实是属于太阳能的一种,太阳能发电可以简单的概括为两大类:一种是集中式发电,利用太阳能存储热水,然后通过电网输送到各地进行供电(1904年就已经实际应用);另一种就是通过太阳能光伏板直接把光转化为电流。太阳能光伏基本上与太阳能集中式发电平行发展。

  太阳能光伏发电最早始于1839年,法国一位物理学家发现光伏效应。40年后的英国工程师发现硒材料可以在光照下导电,到1884年美国发明家第一次用硒制造出第一块太阳能电池板,并安装在纽约城市的屋顶。直到20世纪80年代,硅太阳能电池板出现,并一直延续至今,美国,日本和德国的太阳能都曾爆炸式发展,到2010年德国占据了全球一半的太阳能市场。

  但中国绝对是后起之秀,从2005年开始,大量中国生产的低价太阳能电池板对世界发起了冲击(导致很多国外公司亏损倒闭),到2010年,中国生产的太阳能电池板占世界总产量的一半,到2016年,中国的太阳能电池板销量占全球总销量的一半,超过80%的太阳能发电都集中在亚洲,大部分集中在中国,2016年之前的20年,全球光伏年产量以每年40%的速度增长。

  这个增速还要归功于硅电池板的发现。70年代,澳大利亚的“光伏之父”成功开发出高效的硅太阳能电池,为现代硅太阳能电池板的发展奠定了基础,他的学生们带着这项技术来到中国创建太阳能公司,由此开始接管全球的太阳能产业。在接下来的几十年里硅技术逐渐成熟,到21世纪初,硅太阳能电池的效率提高到了25%以上。

  正是由于硅电池板的发现,叠加中国太阳能市场快速增长带来的规模效益,整个价值链的成本迅速下降,太阳能电力价格也越来越便宜。20世纪50年代,每1瓦太阳能电池的生产成本是286美元!而到2017年底,沙特阿拉伯王国以1.79美分每千瓦的价格夺得最廉价太阳能的桂冠。

  根据彭博社的预测,到2040年,光伏发电的成本将下降2/3,太阳能发电将占总发电量的17%,太阳能的增长超过1500%,其中超过40%的增长发生在中国和印度。

  为了避免全球灾难性的气候变化,最合理的方法是到21世纪中叶,2050年,太阳能至少提供全球1/3的电力能源(而今天只有2%)。

  到此,爆发式增长的太阳能,伴随着成本的急剧下降,这些表面上来看非常振奋人心!但如果不加大创新力度,这种飞速发展绝不是一件好事,大概率会像上个世纪70年代兴起的核能一样,最后一地鸡毛。

  太阳能光伏发电有哪些瓶颈

  太阳能最大的缺点就是不稳定,如果天气晴朗,每天发电的高峰是中午前后,而恰好这个时段的电需求量并不大,而需求量最大的晚间,却没有太阳能供应。如果连续几天天气不好,后果可想而知。所以太阳能供电量是波动起伏的,而太阳能占总电量的比重越高,这种波动就越大,太阳能带给整个电网的冲击也就越大。

  理想的解决方案是,多余的电量可以以其他能量的形式进行存储,比如热能、电解水以储存氢能,然后在晚间需要电量的时候再释放,然而这个转化技术并不成熟,效率低,而且成本极其高昂。

  所以,我们不得不准备传统的供电方式以确保在太阳能供给不足时能及时的补充供电量。所以这种情况就变成了,中午时分太阳强烈,供电量过大给电网造成压力(电压过高),晚上太阳能供电不足,需要重启传统供电设备,这种频繁的关闭和启动带来的成本并不亚于长期供电成本。而这种情况随着太阳能占比的提高越发明显(鸭形曲线),成本也就越高。这种情况被称为太阳能价值的通缩。尽管太阳能越来越便宜,当太阳能占比达到一定比例时,其价值的下降速度比成本的下降速度还要快,发展就会停滞甚至倒退。

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