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汤森路透旗下PointCarbon的分析师向英国《卫报》透露,预计太阳能产业将会遇到几次低潮期。
光伏行业未来要提高转换效率、降低成本,到2020年,系统成本达到每瓦5元以下。不难发现,占地面积更省、单位面积发电量更高的单晶硅电池犹如雨后春笋般在参展商的新产品阵营中出现。
占据初始投资40%的电池组件在降低度电成本的因素中自然成为重头。我国光伏行业在经历了西部大型地面电站的规模发展后,又迎来了山地、林地、水光互补、农光互补等电站建设的新一轮高潮。摒弃了之前产能扩张竞相压价来降低成本的固有模式,而是通过技术进步延长电站寿命来实现。华北、华东、华中和南方地区新增光伏发电装机均超过100万千瓦,分别为150万千瓦、131万千瓦、130万千瓦和104万千瓦。Hi-MO1一款低衰减高效率单晶组件成功面世,该产品的初始光衰(LID)比普通的单晶组件降低50%以上,即LID不超过1.5%,理想情况下可控制在1%以内,而组件全面积转换效率高达18.35%,60型功率达到300瓦。
5月下旬,2016国际太阳能产业及光伏工程(上海)展览会再次点燃了长三角对于新能源产业的钟爱之情。展会上,针对单晶硅电池初始光衰明显的缺陷大幅改善的消息一出引起行业普遍关注。1吉瓦只是一个开始,天合光能将继续努力,以现有销售网络为基础,在更大范围内拓展更加多元化的客户,以强化在各细分市场的销售,同时为印度当地的温室气体减排做贡献。
根据MNRE,截止2016年3月,印度太阳能累计装机量约5.8GW不过,还有另一个考量是,若洁净电力法案(Clean Power Plan)通过,德州将得淘汰9吉瓦燃煤发电,而非原本计划的5吉瓦,中间又会产生落差。风能与其他发电方式占比则不变。近年来德州的备转容量常常偏低,不过ERCOT表示接下来几年内已经添加足够的风能、太阳能与燃气发电容量,将走出备转容量偏低的阴影。
德州风力发电在中午发电最低,夜间发电较高,而太阳能则在中午发电最高,双方可发生天然弥补作用,并由太阳能抑低中午用电需求,但傍晚至晚间的用电高峰,将有一小段时间落在日落后太阳能已经不发电,但风能尚未增加的尴尬期间,于晚上8点产生一个小的供需突峰,这很容易由反应快速的燃气发电克服。而若太阳能比重持续加大,中午可能会发生发电过剩,而傍晚至晚间的供需突峰规模将拉大,造成所谓鸭形曲线,但若中午有过剩电力,此问题将可以大量应用能源储存技术解决,能源储存价格正持续下降,使之成为直觉的选向,不过ERCOT电网有如大西部竞争相当混乱,因此广泛应用能源储存并未如表面上看来那么容易。
美国德州因为地区雾霾空污规范以及经济等因素,未来5年内将淘汰5吉瓦燃煤发电,这些停役的燃煤发电的发电容量,将几乎全由太阳能填补,据德州独立电网德州电力可靠性会议(Electric Reliability Council of Texas,ERCOT)长期系统计划,接下来15年内,德州将新增14~27吉瓦(gigawatt)太阳能发电容量。不过,在新能源技术发展日新月异的情况下,15年后的解决方案可能今日完全无法想像,或许德州并不需要为了15年后的鸭形曲线问题提早杞人忧天。ERCOT考量未来可能面对各种变化,如极端气候以及低天然气价格等共8种情况,8种情况中,新增发电容量几乎都将由太阳能一力承担,而以总发电容量来看,主力能源则为燃气发电,不过部分德州燃气发电厂将因老旧而届龄退役,至2031年,燃气发电将占德州电力供给的将近半数,太阳能则由目前的3%提升至17%,2015年时,德州在太阳能电池安装数上于全美排名第9。德州2年来引进新的电价机制,在需求上升时提高电价,预期将可促进能源储存,以及需求反应技术的发展,但德州对推动分散式能源并不积极,分散式能源推动计划在2015年6月停摆,因此届时有可能是大型电力公司发展电网级能源储存
近年来德州的备转容量常常偏低,不过ERCOT表示接下来几年内已经添加足够的风能、太阳能与燃气发电容量,将走出备转容量偏低的阴影。ERCOT考量未来可能面对各种变化,如极端气候以及低天然气价格等共8种情况,8种情况中,新增发电容量几乎都将由太阳能一力承担,而以总发电容量来看,主力能源则为燃气发电,不过部分德州燃气发电厂将因老旧而届龄退役,至2031年,燃气发电将占德州电力供给的将近半数,太阳能则由目前的3%提升至17%,2015年时,德州在太阳能电池安装数上于全美排名第9。风能与其他发电方式占比则不变。不过,还有另一个考量是,若洁净电力法案(Clean Power Plan)通过,德州将得淘汰9吉瓦燃煤发电,而非原本计划的5吉瓦,中间又会产生落差。
不过,在新能源技术发展日新月异的情况下,15年后的解决方案可能今日完全无法想像,或许德州并不需要为了15年后的鸭形曲线问题提早杞人忧天。德州风力发电在中午发电最低,夜间发电较高,而太阳能则在中午发电最高,双方可发生天然弥补作用,并由太阳能抑低中午用电需求,但傍晚至晚间的用电高峰,将有一小段时间落在日落后太阳能已经不发电,但风能尚未增加的尴尬期间,于晚上8点产生一个小的供需突峰,这很容易由反应快速的燃气发电克服。
而若太阳能比重持续加大,中午可能会发生发电过剩,而傍晚至晚间的供需突峰规模将拉大,造成所谓鸭形曲线,但若中午有过剩电力,此问题将可以大量应用能源储存技术解决,能源储存价格正持续下降,使之成为直觉的选向,不过ERCOT电网有如大西部竞争相当混乱,因此广泛应用能源储存并未如表面上看来那么容易。德州2年来引进新的电价机制,在需求上升时提高电价,预期将可促进能源储存,以及需求反应技术的发展,但德州对推动分散式能源并不积极,分散式能源推动计划在2015年6月停摆,因此届时有可能是大型电力公司发展电网级能源储存。
美国德州因为地区雾霾空污规范以及经济等因素,未来5年内将淘汰5吉瓦燃煤发电,这些停役的燃煤发电的发电容量,将几乎全由太阳能填补,据德州独立电网德州电力可靠性会议(Electric Reliability Council of Texas,ERCOT)长期系统计划,接下来15年内,德州将新增14~27吉瓦(gigawatt)太阳能发电容量十多年来,国际上投入了大量的人力、物力、财力,研究也没有明显起色。在使用一定浓度的氯化钠溶液模拟雨水的实验中,此太阳能电池实现了大约100微伏/滴的电压和0.5微安/滴的电流输出以及6.53%的光电转换效率。一次偶然机会读到南京航空航天大学郭万林教授关于盐水在石墨烯材料上流动会产生电信号的研究报告,唐群委对雨滴滴落在石墨烯材料上是否也能产生电信号产生了质疑。有学者在写给唐群委的邮件中表示,这项工作的贡献不在于产生了多少电能,而是提出了太阳能电池向全天候发展的新思路,打破了以往科学研究中过分关注如何高效利用和转化太阳光的思维方式。下雨天,雨水直接滴落在最外层的石墨烯板上发电。
他带领科研团队迫不及待地进行实验,果不其然,雨滴滴落在石墨烯材料上也会形成阳离子/电子双电层赝电容,雨滴在石墨烯表面的铺展-收缩即为赝电容充、放电过程,进而产生电压和电流。前者易泄露、挥发,后者成本高、易溶解。
唐群委说,从事其他研究之余,他也始终在思考这个难题,但始终没有想到破解之法。实际应用中的雨天攻关如何把石墨烯和现在的太阳能电池结合,制造出既可在晴天运用太阳光发电,又可在下雨天利用雨水发电的新型太阳能电池是我们遇到的最大挑战。
太阳能电池在暗环境发电效率低,甚至不发电,一直是无法解决的难题。在太阳能电池基础研究中,除了聚焦电解质、对电极这两大制约染料敏化太阳能电池发展的瓶颈外,唐群委还向另一长期困扰太阳能电池科学界的难题发起冲击。
全天候是终极探索唐群委带领他的年轻团队和云南师范大学杨培志教授团队联合在德国最新一期科技期刊《应用化学》上刊发了题为一种既可在阳光下也可在雨水中发电的太阳能电池的论文,立即引起了国际新闻界和学术界的关注,并被翻译成英、法、德、拉丁、捷克等多种语言,甚至有媒体称其为光伏发电史上具有里程碑意义的创新。谈及雨天发电的太阳能电池产业化之路,唐群委表示,从实验室到工厂还有很长的路要走,但他对该项目的应用前景保持乐观。唐群委大受启发,顺着杨教授的思路认真思考并研究在其他天气情况下的太阳能发电问题。唐群委教授(中)在指导学生做实验。
着眼更长远的未来,唐群委说:雨天发电的太阳能电池不是最终目标,研发全天候太阳能电池才是我们的终极理想,未来的太阳能电池有望在任何天气情况(白天、夜晚、阴、雨、雾、霾等)下发电。悬而未决之问引发科技突破电解质、对电极一直是制约染料敏化太阳能电池发展的两大技术瓶颈。
不同方法研制的石墨烯性能有差异,且石墨烯的透光率并非100%,以至于正常光照时电池效率比没有石墨烯的电池效率有所降低,这在实际应用中并不经济。然而这种金属硅提炼过程中产生的四氯化硅有强腐蚀性、急毒性,又难保存,因而污染最为严重。
谈及这一研究背景,唐群委教授说:这要从长期困扰太阳能电池研究的学术难题谈起。针对这种高污染、高消耗的弊端,1991年,瑞士联邦理工学院的科学家成功研发了介孔染料敏化太阳能电池,不仅将这一电池的发电效率由1%以下提升至7.1%,而且还采用了薄膜化技术,使其更加轻便、柔韧,并由此掀起了薄膜太阳能电池研究的热潮,这一新型电池的研发态势可以用各有特色来形容。
2013年11月,第九届中国太阳级硅及光伏发电研讨会期间,云南师范大学可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室杨培志教授提到:如果能开发一种在夜晚和阴雨天等其他天气情况下也能发电的太阳能电池,那对光伏发电的推动作用将是非常大的。我国自20世纪50年代中后期开始进行太阳能电池研发,直到21世纪太阳能电池才进入民用领域,且主要以金属硅(工业硅)提纯而来的各类晶硅电池为主。经过多个方案的比较研究,最终采用杨培志教授团队研制的石墨烯,在太阳能电池上通过热压法组装完成了相关实验,但石墨烯薄膜与太阳能电池的合理耦合仍然是一个需要不断探索和创新的课题。接着他们又采用自己发明的合金对电极组装的太阳能电池,发电效率更是达到了12.75%,接近世界先进水平,进一步缩小了与发达国家的差距。
唐群委教授团队首先采用自主研发的导电凝胶电解质组装太阳能电池,使最高光电转换效率达到了9.1%(普通凝胶电解质电池的转换效率为6%,液体电解质电池的转换效率为7%),开创了凝胶电解质研究的新模式。此外,他们还开发了以钴镍合金为原料的低成本对电极材料,并获得了8.3%的电池效率,在染料敏化太阳能电池规模产业化的道路上又前进了一步。
唐群委表示,实验初期,他们把透明的石墨烯放置于太阳能电池的上层,白天有光照时,太阳光先穿过石墨烯,再照射到太阳能电池板上发电。从金属硅中提纯出的多晶硅片处理又要耗费大量电能。
雨量充沛但太阳能资源不够丰富的地区,酸雨多发地区,以及岛礁供电和海上航行等领域都能派上用场。冯文波 摄近年来,中国海洋大学材料科学与工程研究院唐群委教授带领团队开展新型太阳能研发,取得了可在雨天发电的太阳能电池的重要性阶段成果,使科学界和产业界向全天候太阳能的设想迈进了一大步。
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