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先进光伏发电的时间和地点经济安装

2018-05-14
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麻省理工学院和其他地方的一个研究小组已经想出了一种方法,可以找出给定位置和类型的安装的最佳类型的太阳能电池板。

哪种更好?:一种既定的现成型太阳能电池板或尖端类型,可为特定区域提供更多功率,但成本更高?

事实证明,这远不是一个简单的问题,但麻省理工学院和其他地方的一个研究小组已经想出了一种方法来找出给定位置和类型的安装的最佳选择。底线是对于在相对干燥地点的家庭规模的屋顶系统,效率更高但成本更高的面板会更好,但对于电网规模安装或处于潮湿气候条件下的面板而言,建立的效率较低但较便宜的面板更好。

太阳能电池成本持续下降,而安装成本和相关设备保持相对稳定。因此,搞清新安装计划中的权衡变得更加复杂。但作者说,这项新研究提供了一个清晰的方法来评估一个特定项目的最佳技术。

今天在“自然能源”杂志上发表的研究结果在麻省理工学院研究生Sarah Sofia,机械工程副教授Tonio Buonassisi,研究科学家I. Marius Peters和另外三位麻省理工学院和First Solar和Siva Power的论文中报告了太阳能公司在加州。

该研究比较了太阳能电池的两种基本品种:使用单一类型光伏材料的标准设计和结合两种不同类型(称为串联电池)的先进设计,以便捕获更多的阳光能量。对于串联电池,研究人员还对不同的品种进行了比较:两个电池中的每一个串联连接在一起的称为双结串联电池,以及每个电池单独连接的称为四结串联电池。

该团队并不仅仅关注每种产品的功率大小,而是分析了所有相关的安装和运营成本,以产生一种称为“平均化电力成本”(LCOE)的测量方法,该方法将所有成本和收入在系统的整个生命周期内。

“标准单结电池的最大效率限制约为30%,”索菲亚解释说,“而使用两种材料的串联电池可以有更高的效率,高于40%”。但是,尽管更高的效率显然是原则上的优势,“当你串联时,你基本上有两个太阳能电池而不是一个太阳能电池,所以制造成本更高。所以,我们想看看它是否值得,“她说。

对于他们的分析,该团队考虑了三种类型的环境 - 干旱(亚利桑那州),温带(南达科他州)和潮湿(佛罗里达州) - 因为空气中的水蒸气量会影响阳光到达太阳能电池的量。在每个位置上,他们将标准的两种单结太阳能电池(碲化镉,或碲化镉,铜铟镓硒化物或CIGS)与两种不同类型的串联电池,两结或四 - 结。因此,在每个环境中总共研究了四种不同的技术。此外,他们研究了整体能源价格如何受到影响,取决于整体能源价格是否保持不变或随时间下降,正如许多分析师预计的那样。

结果有些令人惊讶。索菲亚说:“对于住宅系统,我们表明,无论位置如何,四端串联系统​​(最高效的太阳能电池)都是最佳选择。”研究人员发现,对于公用事业规模的安装,生产成本最低的电池是最好的交易。

索菲亚说,对于规划新太阳能装置的人来说,新的发现可能意义重大。 “对我来说,显示四端串联电池有一个明显的成功机会并不明显。这真的显示了在住宅系统中获得高能量收益的重要性。“

但是,由于公用事业规模的系统可以将安装和控制系统的成本分摊到更多的面板上,并且由于空间往往在这种安装中受到的限制较少,“我们从未看到过机会”,因为这种成本更高,效率更高的单元设置。在大型阵列中,“因为安装成本非常便宜,他们只想要最便宜的电池[每瓦功率],”她说。

这项研究可以帮助指导太阳能技术的研究重点,索非亚说。 “在这个领域里有很多工作,没有首先问这个问题(经济学是否真的有意义)。在做所有工作之前,我们应该问这个问题。 ......我希望这可以作为研究工作重点的指导,“她说。

索菲亚说,小组开发的用于比较的方法应该适用于太阳能技术的许多其他比较,而不仅仅是为这项研究选择的具体类型。 “对于薄膜技术来说,这是可以普遍化的,”她说。

因为他们研究的四端子案例的材料已经商业化,索非亚说,“如果有一家公司有兴趣,”用于住宅应用的实用,价格合理的四结串联系统可能会很快投放市场。

“这篇论文打破了新的局面,因为它精确地量化了不同太阳能电池板技术,不同气候区和不同应用规模的太阳能成本,”First Solar的首席技术官Raffi Garabedian说,他没有参与其中在这项研究中。 “正如作者指出的那样,高效串联电池一旦完全开发,就应该在高安装成本环境下(如住宅屋顶)具有优势。”

研究团队还包括麻省理工学院的Jonathan Mailoa,第一太阳能公司的Dirk Weiss和加利福尼亚州圣克拉拉的两家公司Siva Power的比利斯坦伯利。这项工作得到了新加坡国家研究基金会通过新加坡 - 麻省理工学院研究与技术联盟(SMART),海湾地区光伏联盟,美国能源部和国家科学基金会的支持。

出版物:Sarah E. Sofia等人,“美国薄膜串联太阳能组件的经济可行性”,Nature Energy(2018)doi:10.1038 / s41560-018-0126-z