太陽能發電也很怕高溫!25℃是太陽能發電最佳溫度,溫度太高反而影響發電

太陽能發電也很怕高溫!25℃是太陽能發電最佳溫度,溫度太高反而影響發電

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這種高溫的天氣都快把人逼瘋了,有人甚至還想買太陽能板來為自己家裡冷氣供電,省點電費。 

在Hacker News上也是一片,「我們需要大量太陽能板」的貼文,還成為了全民熱議話題,討論度達到了809。

太陽能發電也很怕高溫!25℃是太陽能發電最佳溫度,溫度太高反而影響發電

這種天氣下,英國7月一天的太陽能發電量就達到了66.9吉瓦時,能滿足全國8.6%的需求,德國據說還達到了太陽能發電量單日新高。極端高溫「百害真有一利」嗎? 

很抱歉,你可能想太多了。太陽能發電,其實也很怕高溫! 

太高溫,光伏發電效率下降了

這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。 也就是透過將太陽光照射到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),進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。

太陽能發電也很怕高溫!25℃是太陽能發電最佳溫度,溫度太高反而影響發電

但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。 因為半導體半導體的溫度穩定性極差,必須保持在20℃~30℃範圍內才能正常工作,高溫不能及時散熱的話,會直接燒壞電路。 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,指串聯支路中部分元件因某些原因被「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。而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,極易出現燒壞元件的情況。

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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,會透過封邊矽膠或背板進入元件內部,進而導致元件內部大量電荷聚集在電池片表面,造成性能嚴重下降。 

整體來說,太陽能發電的最佳溫度在25℃,溫度太高反而影響發電。 

而且,高溫可能新能源發電有更嚴重的影響。像是部份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。 

或是去年年底,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氾濫,以至於直接堵塞了核電站冷卻水出口。 

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,也因為採取海水冷卻的方式,導致大量水母繁殖而無法繼續運行。

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那麼,高溫會導致太陽能工作效率下降的話,透過熱能這種方式呢? 

還有哪些利用太陽的發電方式?

所以除了太陽能光伏發電外,還有很多利用太陽能的新型發電方式,例如常被拿來做比較的光熱發電。 

在中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,它的發電量超過了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。

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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,就是用一面面的大鏡子來聚集太陽光,透過換熱裝置「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。 透過儲能系統,光熱電站可以先前有太陽光時的熱能收集起來,在光線不足時再取用。 這就避免了光伏發電中,一沒太陽就停擺的問題,還能根據下游用電需求來調峰。 

與此同時,光熱電站所用導熱工質是迴圈使用的,幾乎不產生排放。更為關鍵的是,之前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一零件。 

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了140多萬平方公尺,它的建設成本也居高不下,是光伏發電的4-5倍。

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而除了陸地上,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,水作為高熱容物質,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。 例如中國德州丁莊鎮,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。  

太空太陽能

那麼,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,各地區的空氣品質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,就有人提出了太空太陽能(Space-based solar power)的發電方法。 

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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,再透過天線發射微波的方式,將電能傳輸到地面接收站。 

全球都有過這方面的研究計畫。2008年,日本提出要把太空太陽能作為國家目標,還制定了相應的商業化路線圖;2014年,中國西安電子科技大學也提出了OMEGA(球形膜能量收集陣列)計畫。然而,受限於發射成本,太空太陽能研究並沒有進入主流之列。 

直到這幾年,隨著發射成本的降低,NASA也開始重新考慮「太空太陽能」這一技術的前景。 

據SpaceNews消息,NASA已經與一些技術單位就這件事進行了討論,計畫將結果在今年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「蠢斃了」的事情。

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資料來源::

Qbitai
作者

量子位(Qbitai)專注於人工智慧及前沿科技領域,提供技術研發趨勢、科技企業動態、新創公司報道等最新資訊,以及機器學習入門資源、電腦科學最新研究論文、開源程式碼和工具的相關報導。

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