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光伏发电技术与行业的简评-读书笔记(MIT研究报告)

3月前浏览2559

本文同样成文于2015年,还在学校能源研究院工作之时。非水可再生能源中,光伏可以说是最重要的门类之一,特斯拉在这方面布局很多,世界能源大国如中、德也在光伏布局上下了很多工夫。

在过去这五年中,光伏行业的技术路线发展如同文章所述情况一样,晶硅仍是绝对主流,单晶硅PERC组件的转换效率都能达到20%了,与此同时薄膜还是只能占一些小众的领域的市场份额。不只对电动汽车感兴趣,对能源行业同样想有所学习的同学,可以看看这篇文章,对于光伏中不同的技术路线的发展能有一个基本的认识。





光伏技术可以说是人类未来能源发展的一个重要方向。近年来,光伏产业迅速发展,各地都在兴建晶硅、薄膜等的项目。大家可能对各种光伏技术的情况并不是那么了解,这些技术的实际发展情况如何,占据市场份额怎么样,技术前景市场前景又是如何呢?近来我读了这本MIT出版的 The future of solar energy: An interdisciplinary MIT study, 感觉里面有很多有价值的内容,特此分享给大家。



薄膜光伏技术发展情况

先上这么一段


如今,薄膜只占10%的市场份额(剩下的当然就是晶硅了)。薄膜技术如果想要规模扩大,有很大问题,其中一大核心问题在于依赖稀有元素(典型之一:CIGS中的铟)。在此报告中,MIT反复建议了:应该发展基于丰度较大的元素的薄膜太阳能技术。

评论:现在薄膜技术转化率不及晶硅,成本更高,而且典型代表CIGS还要用铟……铟是好东西,手机屏上的透明导电膜要用它,CIGS也要用,储量又有限,鼓吹CIGS走量的人还是先算算资源这笔账吧。题外话,锂储量怎么也比铟大吧,你看看今年电动车行业把锂矿价格给带的……还顺便祸害了做镍钴的厂家……好吧扯远了……



储能技术也得足够便宜才能更好支持光伏发展


实际上,新能源发电(风力与光伏为代表),都具有典型的间隙特性(intermittent),如果想要有效利用,减少弃风弃光,降低对于电网系统的冲击,并且在无(新能源)电时间还能用电的话,发展储能技术已经成为了业内的共识,可惜目前储能技术成本整体偏高,联动新能源发电在经济上的账算起来还是有点麻烦。MIT也强调,要发展低成本,可大规模应用的实用储能技术。
所以有一些实验室里自娱自乐的纳米材料储能方向,还是先洗洗睡吧。动辄吹嘘几分钟充满电,可不可以真正看看外面的世界需要什么呢?






晶硅+大规模发电站是主力方向

建议:奖励应该重视发电量,轻投资(关键看效果啊!发不出电来有毛用,你成本高,投上一堆钱发不出电来难道有功么!)不应该给予居民户用更高的补贴(居民户用,单位面积/发电量投资明显偏高,效率低,从发电效果角度不值得更多的补贴)


其实核心思想很好理解,大规模的发电站的平均建设成本低,发电效率肯定更高,补贴应该看发电效果,而不是看投入。从这一点上来看,关停什么小钢铁厂,小火电厂,把污染源从分散转向集中(比如汽油车到电动车)都是现阶段的发展大势。


晶硅技术目前占有统治地位,技术接近成熟,而且在今后的几十年内都会是主流。当然了,如果能减少贵金属银电极的用量的话,晶硅光估技术有希望扩散到TW级的量。

评论:替代贵金属肯定是一个有前途的方向,所以我一直认为石墨烯做做透明导电膜取代铟,做做催化取代铂挺有前途的。非要替代什么导电炭黑,几万一吨的东西,光从经济上就不划算,更不用考虑什么技术上的瓶颈了。有些问题没那么复杂,就是经济价值+工业实用两个考虑因素,外行也能轻松看懂。





各种薄膜光伏的问题在哪里?


嗯,人家也说了,SOME are based on scarce elements,还举了个Te的例子,惨不忍睹啊…… 不多评论了,自己看吧……


嗯,作者说的很客观,薄膜技术现在成熟的硅技术面前竞争力不足,但是未来是很有希望的(降低成本)。但是这个事要多久,恐怕你我都说不清楚,至少前面作者已经说了,晶硅还要统治几十年(decades)。作者在这里又用了好长的一句话强调了,请多发展使用高丰度原料的太阳能发电材料,反正按我的理解,不包括CIGS和CdTe。


注意几个用词:prohibitvely, poor candidates for large-scale deployment.


总之用到这俩哥(Te和In)想规模化是大问题,人家都建议了,研发什么的都要少支持。





算算经济账:户用光伏不乐观,薄膜光伏GaAs看着高端,挑战不小

嗯,户用太阳能的经济账,不那么乐观。



GaAs是一种牛比的实验室技术,转化率高,但是量产的事还没证明呢。估计问题很多,另外成本也要关注,所以对于新技术,不要盲目乐观,理性对待是关键。



基于III-V多结的电池,比如以上那几种元素的组合,用作太空中很不错,因为温度敏感性低,高的辐射抵抗,效率高,但是问题在于制备工艺复杂,成本太高,想大规模铺开用作地面电站嘛………………



薄膜效率还是低于晶硅,这一条就够麻烦的呢,未来有前景是好,问题是我要你现在给我发电挣钱呀!!!!!





工业化是硬道理


千万不要觉得搞工程,扩产特别简单,只要加大投入几天就能搞出来,典型的大跃进思维,老想着一口吃个胖子,不扎实积累,中国工业进步无望。




结语


有些技术有潜力,但是其有无工业化可能,时间多长,是否受到原料成本储量的制约都是需要考虑的问题。无脑吹嘘XX是未来,XX要革命,XX要颠覆,都是不负责任的胡吹海捧和造势,不利于我们真正了解一个行业的实际发展情况和未来发展趋势。光伏也不是我的本行,所以摘抄了以上内容,现炒现买,欢迎业内专家前来讨论和指点。




精选评论





来源:弗雷刘
汽车新能源ECAD材料太阳能储能
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首次发布时间:2024-08-07
最近编辑:3月前
弗雷刘
博士 动力电池 新能源行业科普
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别墅家庭屋顶太阳能板发电能满足家用以及一辆特斯拉的使用么?

序+新评本文其实是两个问题的回答,都作于大概四年前了。想看回答的,可以直接跳到后面去看(回答很简单),反倒是前序写的会长一些。随着行业的发展,文中的很多数据都有了很多发展变化,首先看看两种代表性的光伏技术目前的发展情况:晶硅光伏:单晶硅光伏组件效率已经能有20%了,这样折合的峰值功率可以达到200W/m2,成本凑个整,就按2元/W来吧。不过即使如此,对于一天发电量的影响仍然不会大到产生质变,该不够还是不够,不过从经济性上考虑,的确已经有了更多的进步。希望光伏技术可以继续发展,和电动汽车一样作为清洁能源技术的主要组成部分为人类社会的能源转型做贡献。但是还有一点:光伏板普遍比较重。。。放在普通汽车上怕是会增加许多设计上的麻烦薄膜光伏:有人可能会想说铺薄膜的事,轻便,与汽车真是绝配啊:可惜目前薄膜仍然很贵(听说好几倍于晶硅?),转换效率也就半斤八两。这意味着啥呢:这东西是轻便有柔性,可是实在太贵了啊。就是往电动汽车上用,考虑到成本摊销,恐怕也只适合一些豪华车型(考虑到发不了多少电其实)。想指望它来把电全供了,太难了。在这里我还想说的一点,是锂离子电池的日历寿命:要记住这玩意不喜欢被晒电动汽车的电池就是发在那里什么也不做(不充不放),电芯也会逐渐衰减,这就是电芯的日历寿命。该寿命会直接受电芯荷电状态(SOC)以及环境温度的影响。放在大太阳底下暴晒对于汽车电池的寿命绝对不是一个好的行为,所以如果我是这辆车的车主,我才不要把我的车为了在太阳下面发那几度电就去牺牲它的日历寿命。别墅家庭屋顶太阳能板发电能满足家用以及一辆特斯拉的使用么?对特斯拉不能。按一平米太阳能电池板峰值输出功率150W(最理想中午12点的数据),假如一天到晚太阳光功率全都按这个最大情况来算,没有阴云、没有下雨,先不管实际的光照早晚弱的情况,那么:如果一天照10小时,则一平米一天可以输出1.5kWh电。(实际上,光照只有中午最强,按三角形的近似(下图),一天也就输出1.5kWh/2,按800Wh算更合适。)实际的光伏一天的中的典型出力曲线:中午最高,早晚较低,而且因为云层遮挡等原因常常会发生剧烈波动MODEL S 一般是85kWh电量,跑460公里。1、如果有急事,需要一天充满电,第二天出远门,而且不想靠电网的话,则需要你家铺的太阳能板面积为85/1.5=56平米。 嗯,长7米,宽8米,你家房子这么大,壕作朋。如果按照实际一天也就800-1000Wh的算法,嗯,100平米,嗯,作朋,作朋。2、如果从没急事,按你一周跑460公里,随用随充来算,可以100/7来算,14平米,这个相对来说好承受一些。当然了,有急事就老实走电网快点充,别指望太阳能了。3、用通俗的话来讲讲,实际情况下,就是10个车位(100m2)大的太阳能,晒一天,大概能满足一量特斯拉充满,反正靠谱经济实惠与否,楼主自己决定吧。。。对于装光伏来发电供家庭使用嘛,就看你家一天用多少电了,反正用以上数据都可以推算。为什么汽车顶篷/引擎盖不用太阳能面板制作?先算发电量假如一辆汽车上表面全部铺上了太阳能板,那么:按照车顶铺设面积6平米,一平米在理想条件下(这是峰值哦)发电效率为150W计算,也就是900W,OK,咱们往多了算,按总共1kW来计算:一天日照如果能一直以这种理想条件晒10小时,这样就是10kWh,10度电。然后你看一下电动汽车,面向平民阶层的电池容量30-40kWh(跑200公里),TESLA MODEL S 85kWh,跑近450公里。看出问题来没有?哪怕是一天全都以最理想条件阳光照射,也不足以满足一般电动车的要求。实际情况下,下雨,阴天,冬天光照差,而且最优日照条件只在中午存在。。。。每天能发多少电真不一定,如一位朋友说,就一两度也有可能。再算成本问题还没完:即使是按便宜的晶硅8RMB/W来计算,900W的铺设带来的成本上升就已经达到了7200元。而实际上,晶硅比较重,铺在车上不太靠谱。如果用薄膜的话,价格再乘以至少2,至少,至少。。。。(这是老数据,好几年前的啦)然后这么一弄就又是至少15000元的成本上升,你说你为啥要搞这么一辆车。后记 其实相对来说,有大房子自己配上光伏,满足日用电量倒是不太难,但是要喂饱一量电动汽车可是有点难度;至于用光伏来带电动汽车就更难了。不过听说那种三轮车/代步车(就是偏低端领域了)已经有了不少铺光伏板应用的例子。我猜想是:车子本身电量少,耗电低,这样同样是不大的顶蓬面积发的电就能接近够用,挺适合一天跑的多的人(比如快递?),以及充电条件不方便的人。知乎链接: https://www.zhihu.com/question/35009347/answer/61021205https://www.zhihu.com/question/30882230/answer/49974054感谢好友张亦弛、李绍唐在光伏方面提供的讨论方面的帮助。精选评论来源:弗雷刘

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