天气这么热太阳能发电不得起飞喽啊？喽啊个头……

Posted 2022-08-06 QbitAl

明敏 萧箫 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

就说这高温天气把人逼疯到什么程度了。

有人甚至动了买太阳能的心思，来给自己家空调供电。

HN上也是呼声一片，“我们需要大量太阳能板”还成为了全民热议话题，讨论度达到了809。

这种天气下，英国7月一天的太阳能发电量就达到了66.9吉瓦时，能满足全国8.6%的需求，德国那边据说还达到了太阳能发电量单日新高。

难道说，极端高温还真能“百害而有一利”？

BUT，非常抱歉，你可能想多了。

太阳能发电，其实也怕高温！

太高温，光伏发电效率下降了

这事儿还得从太阳能发电的设备说起。

太阳能发电的原理，本质上是利用光照射半导体产生的光伏效应（光生伏特效应），将光能直接转变为电能。

具体来说，就是通过将太阳光照射到P型半导体和N型半导体接触形成的PN结上，PN结吸收光子的能量后，激发电子和空穴（向相反方向移动），从而出现异号电荷积累形成正负两极，产生电压。

从这个角度来看，更多的光能确实能产生更多的电能。

BUT，高温不等于更多的光能（即使没有太阳光，环境温度也可能非常高）。

不仅如此，它还会严重影响半导体的工作效率。

受自身性质影响，半导体的温度稳定性极差，必须保持在20℃~30℃范围内才能正常工作，高温散热不及时的话，直接就烧坏断路了。

除此之外，高温还会产生热斑效应和PID效应等影响。

热斑效应，指串联支路中部分组件因某些原因被“遮蔽”，不仅无法产生电量，还会被当做负载消耗其他支路产生的能量。

一旦出现高温天，局部温度过高的情况就会被加剧，强化热斑效应，直接导致组件电池板老化、损坏的情况。

毕竟作为暴露在外界的“一大块板子”，光伏电池板不可避免会被污染，如出现鸟屎等。

放在平时，鸟屎也就是导致一个小电阻，但高温一出现，就会加剧它带来的影响，极易出现烧坏组件的情况。

除此之外，PID效应（电势诱导衰减）也会随着高温潮湿的环境加剧。

由于高温天气往往也伴随着潮湿，因此空气中的大量水蒸气，会通过封边硅胶或背板进入组件内部，从而导致组件内部大量电荷聚集在电池片表面，造成性能严重下降。

综合来看，太阳能发电的最佳温度在25℃，温度太高反而影响发电。

而且，高温或许还对新能源发电有更严重的影响。

比如一些核电站最近都在降低发电，因为排出的冷却水温度太高，会对海洋生物造成威胁。

例如在去年年底，英国的托内斯核电站就不得不紧急关闭，因为较高的海水温度导致大量水母泛滥，以至于直接堵塞了他们的冷却水出口。

同样在这些年，美国加州、日本、菲律宾和以色列的一些海水降温核电站，也因为采取海水冷却的方式，导致大量水母繁殖而无法继续运行。

那么，高温会导致太阳能工作效率下降的话，通过热能这种方式可不可行呢？

还有哪些利用太阳的发电方式？

众所周知，我国是一个可以把黑人老哥都热到中暑的高温大国。

这么好的热能资源，咱们当然得利用起来。

所以除了太阳能光伏发电外，我国还有很多利用太阳能的新型发电方式。

比如常被拿来做比较的光热发电。

在我国敦煌就建有全亚洲装机容量最大、全球单机聚光面积最大的熔盐塔式光热电站。

今年6月，它的发电量超过了3379万kWh，单次连续不间断发电262小时，晴天平均日发电量超过185万kWh。

与上述提到的光伏发电不同，它不需要昂贵的硅晶光电转换工艺，原理上其实类似于传统的火力发电。

简单来说，就是用一面面大镜子来聚集太阳光，通过换热装置“烧开水”产生蒸汽，然后推动汽轮机发电。

因为原理相近，它甚至可以直接接入传统发电厂。

其最大的好处就是没有太阳光时，还能继续发电。

通过储能系统，光热电站可以先将有太阳时的热能收集起来，在光线不足时再调用。

这就避免了光伏发电中，一没太阳就停摆的问题，还能根据下游用电需求来调峰。

与此同时，光热电站所用导热工质是循环使用的，几乎不产生排放。

更为关键的是，上述我们提到光伏发电易受高温影响的主要原因在太阳能电池板上，而光热发电并不使用这一部件。

所以，应对极端高温气候，光热发电或许会更有优势？

但光热发电同样有劣势，那就是对光照、占地面积要求更高，不是一种适合小型化的技术路线。

比如敦煌光热电站的镜场总面积达到了140多万平方米。

一直以来，它的建设成本也居高不下，可达到光伏发电的4-5倍。

而除了陆地上，在水面上也能利用太阳能发电，还能顺便解决太阳能电池板高温的问题。

这就是浮动式水面光伏发电。

简单理解，就是让太阳能发电板漂浮在水上，水作为高热容物质，能为光伏板散热提供有利条件。

而且这种发电厂，可以直接建在城市郊区的湖泊水面上。

比如在我国德州丁庄镇，就建有世界单体容量最大的漂浮式光伏电站，总装机容量为320兆瓦。

属实是“躺着就能发电”了。

One More Thing

那么，格局再打开些，把太阳能板发射到太空可以吗？

毕竟地球上能接收到的太阳能量，不仅已经被大气层反射散射过，各地区的空气质量也会影响太阳能发电的效率。

在太空中，太阳能板理论上还能做到24小时持续工作，不存在夜晚的影响。

于是在20世纪70年代左右，就有人提出了天基太阳能（Space-based solar power）的发电方法。

嗯，就是将卫星发射到太空中，在太空中收集太阳的能量传回地面。

它需要在卫星上搭载光伏电池，将太阳能转换成电能，再通过天线发射微波的方式，将电能传输到地面接收站。

国内外都有过这方面的研究计划。2008年，日本提出要把空间太阳能作为国家目标，还制定了相应的商业化路线图；2014年，国内西安电子科技大学也提出了OMEGA（球形膜能量收集阵列）计划。

然而，受限于发射成本，天基太阳能研究并没有火起来。

直到这几年，随着发射成本的降低，NASA也开始重新考虑“天基太阳能”这一技术的前景。

据SpaceNews消息，NASA已经与一些技术机构就这件事进行了讨论，计划将结果在今年9月的国际宇航大会（IAC）上展示。

不过，早在2012年，马斯克就吐槽过这是个“蠢到没边儿”的事情。

你感觉这种发电方法可行吗？

参考链接：
[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/