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建立科学

充分利用太阳能电池板

太阳能电池板能够将多少阳光转化为电能是有限的。我们如何优化太阳能效率以满足日益增长的能源需求?

该图像显示了一款单晶太阳能电池板,当今市场上最受欢迎的面板。单晶太阳能电池板从它们的方式获取他们的名字。构成面板的每个单独的太阳能电池包含由硅的单个(单声道)晶体制成的硅晶片。制造工艺允许异常纯的晶体,这就是单晶面板产生商业面板的一些最高生产率率的原因,效率范围为17%至22%。

你可能听说过,充足的阳光持续照射地球,足以抵消人类能源需求的1万倍,这是根据美国能源部.自从贝尔实验室在1954年开发出第一款硅太阳能电池之后,我们已经努力从阳光下生产更多的电力。然而,尽管努力从地球最大的能源产生电力,但由于气候和能源解决方案中心,Photovoltaics仍然占世界电力的不到2%。增加太阳能适应的障碍仍然是其高初始成本和低效率 - 或者cost-to-efficiency比率.尽管日光是免费的,但根据美国消费者事务部(U.S. Department of Consumer Affairs)的计算,扣除联邦税收优惠后,一个住宅屋顶太阳能装置的平均价格为1.2万美元。对许多家庭来说,这个数字仍然令人望而却步。一种解决方案是循序渐进地使用太阳能。

山姆·拉什金,前能源建筑技术办公室EPA的EERGES STAR主任为家庭计划,介绍了零能耗住宅在母鹿的概念。Sam的想法是一个适用于最高性能标准的家庭,以便未来的太阳能安装很容易满足其能源需求。但是,如果阳光没有碳,而且没有成本,为什么房屋会要求最高水平的能效?由于太阳能效率的内在限制意味着在面板技术方面进一步改善了很少的空间,因此必须探索其他途径,解释了Eikeberber博士。

为什么太阳能效率有限?

在长达一个小时的采访中,艾肯伯里博士煞费苦心地向我介绍了将光子转化为有用电压的科学。这个过程是基于光电效应,一种阿尔伯特·爱因斯坦认为…

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15个评论

  1. FrontRange||#1

    我们使用交流电源的原因是它在传输方面的优势。DC HOME只是将AC移动到DC转换效率低下,从网格到房屋的连接。它需要对家庭和商业和住宅电气行业的设备和设备进行大规模变化(例如,接线,断路器,开关等)。在插头上节省10-20%的所有设备,如果来自20%的效率,则只能从PV源供应,只是净改善为2-4%。并且在我们将AC从电网视为家中的AC损失之前。

    1. 大卫·班布里奇||#3

      我同意. .我从未见过这种情况发生。在考虑改用全直流系统之前,我们最好先提高目前使用的太阳能系统组件的效率和可靠性,进一步降低成本。

  2. 查理•沙利文||#2

    关于转换为直流电的潜在好处的研究论文是有趣的。然而,如果我的理解正确的话,很大一部分好处是当你去购买一个直流热泵时,你唯一的选择是一个现代化的高性能单元。如果你用同样的电子换向电机(ECM),但是在电机驱动前加一个整流器,那么你只会损失大约1%的效率。因此,效率的提高,比较相同的系统,交流或直流,更像是3-5%,而不是这里引用的10-20%。

  3. 大卫·班布里奇||# 4

    这篇文章没有提到双面太阳能电池板,现在很容易得到。双面面板在面板的两边都有细胞,当你能够安装他们的方式,他们可以接收从面板后面反射的阳光时是有益的。

    1. 约翰Heckendorn||#12

      "...双面太阳能电池板现在很容易获得。”

      就公用事业和商业规模而言,这是正确的。对于住宅用途来说,就没有那么多了。由于保修保护的取消,试图在住宅用地上使用商用电池板可能是不可行的,而且在一些司法管辖区,由于代码/许可限制,完全拒绝。

      即使有一个住宅站点,在允许和保证方面使用模块是可以的,它们的可行性将是值得怀疑的。它们通常在优化的地面安装上是有意义的,这是大多数房主不会考虑的。

      所有这些因素,再加上单面住宅面板的效率和可靠性的提高,更适合标准的屋顶安装,消除了太阳能行业在住宅环境中专注于双面太阳能的动机。自2016年以来引进的少数60单元双面模块——它们迅速从市场上消失——似乎证实了这项技术在实用规模和一些商业应用方面的障碍。

      1. 大卫·班布里奇||# 14

        有由LONGi制造的双面模块,并在亚利桑那州的几个在线太阳能零售商出售,我都从他们那里购买。它们也被列入加州能源委员会批准的住宅安装网站。

        1. 约翰Heckendorn||# 15

          谢谢,我知道LONGi的LR4-60HBD产品线。当我最后一次看的时候,它是美国唯一的60细胞的双面部产品(考虑到这种形式的双面部模块的历史,我想知道它会持续多久)。

          但缺乏广泛的产品供应仍然只是问题的一部分。恕我直言,最重要的是,绝大多数房主都无法或不愿意选择最优的两面体位置。

          不要让我错了:我喜欢双翼技术,如果可以的话,我会在我的住所上使用它。但是,除了公用规模和非常大的商业环境之外,还有原因是最好的利基解决方案。

  4. 费尔南多页面||# 5

    有许多开发技术,面板类型以及其他利用太阳能的方法。这是一本书的范围,而不是一篇文章。有一件事要知道,世界上大多数人今天使用直流电力,大多数家用电器都是精确地接受AC或DC,因为它们是国际销售的。这个想法不是为了改变一切,而是为了为DC添加一个接线系统,为某些东西供电,例如LED灯,自动充电器,热泵。今天我们在某些情况下提供相同的方式。

    这一领域正在不断发展,主要的一点是,当太阳能电池面临发电的自然极限时,我们可以应用效率。这就是为什么公用事业水平太阳能需要巨大的地理面积,而不是超级先进的面板类型。房屋通常有限制。

    1. FrontRange||#11

      世界上大多数地方都使用直流电源吗?你有这方面的参考资料吗?我能找到的唯一一个使用直流电网的国家是阿根廷。

      https://legacy.trade.gov/mas/ian/ECW/all.html

      1. 约翰Heckendorn||# 13

        也许更准确地说,世界上大多数地区*没有足够发达的电网基础设施*使用DC…如果有电的话?

  5. AMorley||#6

    GBA的太阳能和电气专家:

    有关需要长期繁琐的互联应用程序的实用公司理由是一个7kW住宅屋顶太阳能安装,安装7kW汽车充电器只需常规电气许可证?假设无需在任何一种情况下升级服务安培数。

    1. 专家成员
      马尔科姆·泰勒||#7

      阿姆利,

      我可以想到的两个重要差异是,与我的电负载不同,加入太阳能A)在电源外面时,增加太阳能A)可能会继续回到电网进入网格中,这是一个危险。b)如果他们的生成从不同的本地来源发生,则要求他们以更复杂的方式管理负载。

      1. Jonny_H||#10

        AMorley -我愤世嫉俗的部分想到了第三个重要的区别:增加你的负荷只会增加你的电费,而安装太阳能可以减少你的电费——所以没有动机让后者变得容易!

        但严重的是,随着太阳能和其他分布式发电资源变得越来越受欢迎,电网的稳定性受到了担忧,同时也使公用事业的规划变得更加困难——看看“鸭子形曲线”的一个影响。在更细粒度的时间尺度上,光伏逆变器(通常)不像传统发电机那样提供任何惯性——记住,电网只是一堆相互连接的旋转物体——这使得暂态/故障条件更难以管理。

        因此,在我看来,由于几个原因,互连过程是乏味:
        1)分散在电网周围的电源存在合理的安全隐患,他们希望确保正确安装。
        2)随着太阳能在一个地区的普及,电网的稳定性也受到了关注,所以他们想要确保他们了解上线的资源,以及它们是如何在变电站中分组的等等。
        3)他们是一个受压的行业,慢慢行动,它们的互连要求通常仍然来自他们申请的程序,例如,工业顾客的发电能力的兆瓦。
        4)分布式发电对他们来说意味着更少的利润潜力,而且通常会带来更多的痛苦,所以他们没有动力让这一切变得容易。

        最终注释 - 取决于所拥有的仪表类型,它可能无法将馈电给网格的本地生成的电力计数(并且可能实际上是双重账单)所以,如果没有别的,他们需要一条纸跟踪和工作顺序,以确保您的仪表能够适当地进行计费,当您的仪表向后运行时,他们并不认为您欺骗它们。

  6. 费尔南多页面||#8

    莫里,马尔科姆是对的。国家电气规范对太阳能电池板有生命/安全要求,不仅因为它们会反馈到电网,还因为它们会对屋顶上的紧急工作人员和屋顶工人构成危险。不仅仅是阳光,这些电池中还蕴藏着巨大的能量。

    1. 大卫·班布里奇||#9

      一个具有UL1741认证的设备已经证明它是安全的,并且不能反馈,所以这个冗长的应用程序似乎有问题的推理。更大的风险是,人们错误地连接了化石燃料的便携式发电机,并给本应断电的电线通电,因此公用事业工人已经不得不假设线路通电了,并需要在工作时接地。

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