就說這高溫天氣把人逼瘋到什麼程度。有人甚至動買太陽能的心思,來給自己傢空調供電。HackerNews上也是呼聲一片,“我們需要大量太陽能板”還成為全民熱議話題,討論度達到809。
這種天氣下,英國7月一天的太陽能發電量就達到66.9吉瓦時,能滿足全國8.6%的需求,德國那邊據說還達到太陽能發電量單日新高。
難道說,極端高溫還真能“百害而有一利”?
BUT,非常抱歉,你可能想多。
太陽能發電,其實也怕高溫!
太高溫,光伏發電效率下降
這事兒還得從太陽能發電的設備說起。
太陽能發電的原理,本質上是利用光照射半導體產生的光伏效應(光生伏特效應),將光能直接轉變為電能。
具體來說,就是通過將太陽光照射到P型半導體和N型半導體接觸形成的PN結上,PN結吸收光子的能量後,激發電子和空穴(向相反方向移動),從而出現異號電荷積累形成正負兩極,產生電壓。
從這個角度來看,更多的光能確實能產生更多的電能。
BUT,高溫不等於更多的光能(即使沒有太陽光,環境溫度也可能非常高)。
不僅如此,它還會嚴重影響半導體的工作效率。
受自身性質影響,半導體的溫度穩定性極差,必須保持在20℃~30℃范圍內才能正常工作,高溫散熱不及時的話,直接就燒壞斷路。
除此之外,高溫還會產生熱斑效應和PID效應等影響。
熱斑效應,指串聯支路中部分組件因某些原因被“遮蔽”,不僅無法產生電量,還會被當做負載消耗其他支路產生的能量。
一旦出現高溫天,局部溫度過高的情況就會被加劇,強化熱斑效應,直接導致組件電池板老化、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被污染,如出現鳥屎等。
放在平時,鳥屎也就是導致一個小電阻,但高溫一出現,就會加劇它帶來的影響,極易出現燒壞組件的情況。
除此之外,PID效應(電勢誘導衰減)也會隨著高溫潮濕的環境加劇。
由於高溫天氣往往也伴隨著潮濕,因此空氣中的大量水蒸氣,會通過封邊矽膠或背板進入組件內部,從而導致組件內部大量電荷聚集在電池片表面,造成性能嚴重下降。
綜合來看,太陽能發電的最佳溫度在25℃,溫度太高反而影響發電。
而且,高溫或許還對新能源發電有更嚴重的影響。
比如一些核電站最近都在降低發電,因為排出的冷卻水溫度太高,會對海洋生物造成威脅。
例如在去年年底,英國的托內斯核電站就不得不緊急關閉,因為較高的海水溫度導致大量水母泛濫,以至於直接堵塞他們的冷卻水出口。
同樣在這些年,美國加州、日本、菲律賓和以色列的一些海水降溫核電站,也因為采取海水冷卻的方式,導致大量水母繁殖而無法繼續運行。
那麼,高溫會導致太陽能工作效率下降的話,通過熱能這種方式可不可行呢?
還有哪些利用太陽的發電方式?
眾所周知,我國是一個可以把黑人老哥都熱到中暑的高溫大國。
這麼好的熱能資源,咱們當然得利用起來。
所以除太陽能光伏發電外,我國還有很多利用太陽能的新型發電方式。
比如常被拿來做比較的光熱發電。
在我國敦煌就建有全亞洲裝機容量最大、全球單機聚光面積最大的熔鹽塔式光熱電站。
今年6月,它的發電量超過3379萬kWh,單次連續不間斷發電262小時,晴天平均日發電量超過185萬kWh。
與上述提到的光伏發電不同,它不需要昂貴的矽晶光電轉換工藝,原理上其實類似於傳統的火力發電。
簡單來說,就是用一面面大鏡子來聚集太陽光,通過換熱裝置“燒開水”產生蒸汽,然後推動汽輪機發電。
因為原理相近,它甚至可以直接接入傳統發電廠。
其最大的好處就是沒有太陽光時,還能繼續發電。
通過儲能系統,光熱電站可以先將有太陽時的熱能收集起來,在光線不足時再調用。
這就避免光伏發電中,一沒太陽就停擺的問題,還能根據下遊用電需求來調峰。
與此同時,光熱電站所用導熱工質是循環使用的,幾乎不產生排放。
更為關鍵的是,上述我們提到光伏發電易受高溫影響的主要原因在太陽能電池板上,而光熱發電並不使用這一部件。
所以,應對極端高溫氣候,光熱發電或許會更有優勢?
但光熱發電同樣有劣勢,那就是對光照、占地面積要求更高,不是一種適合小型化的技術路線。
比如敦煌光熱電站的鏡場總面積達到140多萬平方米。
一直以來,它的建設成本也居高不下,可達到光伏發電的4-5倍。
而除陸地上,在水面上也能利用太陽能發電,還能順便解決太陽能電池板高溫的問題。
這就是浮動式水面光伏發電。
簡單理解,就是讓太陽能發電板漂浮在水上,水作為高熱熔物質,能為光伏板散熱提供有利條件。
而且這種發電廠,可以直接建在城市郊區的湖泊水面上。
比如在我國德州丁莊鎮,就建有世界單體容量最大的漂浮式光伏電站,總裝機容量為320兆瓦。
屬實是“躺著就能發電”。
One More Thing
那麼,格局再打開些,把太陽能板發射到太空可以嗎?
畢竟地球上能接收到的太陽能量,不僅已經被大氣層反射散射過,各地區的空氣質量也會影響太陽能發電的效率。
在太空中,太陽能板理論上還能做到24小時持續工作,不存在夜晚的影響。
於是在20世紀70年代左右,就有人提出天基太陽能(Space-based solar power)的發電方法。
嗯,就是將衛星發射到太空中,在太空中收集太陽的能量傳回地面。
它需要在衛星上搭載光伏電池,將太陽能轉換成電能,再通過天線發射微波的方式,將電能傳輸到地面接收站。
國內外都有過這方面的研究計劃。2008年,日本提出要把空間太陽能作為國傢目標,還制定相應的商業化路線圖;2014年,國內西安電子科技大學也提出OMEGA(球形膜能量收集陣列)計劃。
然而,受限於發射成本,天基太陽能研究並沒有火起來。
直到這幾年,隨著發射成本的降低,NASA也開始重新考慮“天基太陽能”這一技術的前景。
據SpaceNews消息,NASA已經與一些技術機構就這件事進行討論,計劃將結果在今年9月的國際宇航大會(IAC)上展示。
不過,早在2012年,馬斯克就吐槽過這是個“蠢到沒邊兒”的事情。
你感覺這種發電方法可行嗎?