新型太陽能電池和面板如何具有經濟可行性

2019-10-10 09:53:59

一項新的研究表明,與太陽能發電行業內的普遍看法相反,新型太陽能電池和面板不一定要持續25到30年才能在當今市場上具有經濟可行性。

相反,即使對于電網規模的安裝,初始使用壽命短至10年的太陽能電池板有時也具有經濟意義-因此有可能為有前途的新太陽能光伏技術打開大門,這些新技術被認為不足以廣泛使用。

喬特·吉恩(Joel Jean)是麻省理工學院前博士后,新興公司Swift Solar的首席執行官,在一篇名為《焦耳》的論文中對新發現進行了描述。VladimirBulovi?,電氣工程和計算機科學教授,麻省理工學院的主任。美國科羅拉多州國家可再生能源實驗室(NREL)的邁克爾·伍德豪斯(Michael Woodhouse)。

“當您與太陽能領域的人們交談時,他們會說任何新的太陽能電池板必須使用25年。”“如果有人提出一種具有10年使用壽命的新技術,那么沒人會去看它。這被認為是該領域的常識,這簡直是殘酷的。”

Jean補充說:“這是一個巨大的障礙,因為您無法證明在一兩年或什至10年內有25年的使用壽命。”他說,這種推論使許多有前途的新技術停滯不前,因為傳統的晶體硅技術在商業太陽能市場中占絕對優勢。但是,研究人員發現,事實并非如此。

他說:“我們必須記住,人們最終關心的不是面板的成本;而是電力的平均成本。”換句話說,它是在系統使用壽命內交付的每千瓦時的實際成本,包括面板,逆變器,機架,布線,土地,安裝人工,許可,電網互連以及其他系統組件的成本,以及維護費用。

今天太陽能行業的經濟狀況與過去不同的部分原因是,到目前為止,面板(也稱為模塊)的成本已經大幅下降,以至于現在,“系統平衡”成本-即,除了面板本身以外的所有內容-都超出了面板。這意味著,只要較新的太陽能電池板在電氣和物理上與機架和電氣系統兼容,就可以從經濟上出發,在可用的情況下,用較新的,更好的面板替換這些面板,同時重新使用系統的其余部分。

“大多數技術都在面板中,但是大部分成本都在系統中,” Jean說。“而不是先安裝系統,而是在30年后更換所有設備,如果您更早更換面板并保持其他所有不變,該怎么辦?可能更經濟地工作的原因之一是,如果要更高效地更換它們,那將是可行的。面板”,在全球范圍內探索各種更高效,低成本的技術時,情況可能會如此。

他說,團隊在分析中發現的是:“從理論上講,只要有一些融資方面的注意事項,您就可以取得有競爭力的成本,因為您的新面板變得越來越好,使用壽命只有15年甚至10年”。

盡管太陽能電池的成本逐年下降,但Bulovi?說:“人們對于任何新的太陽能電池板技術都必須證明其25年壽命的期望一直是重言式。在這項研究中,我們表明面板變得更便宜,更高效,成本平衡發生了巨大變化。”

他說,新論文的目的之一是提醒研究人員,即使壽命相對較短,他們的新太陽能發明也可以具有成本效益,因此可以比預期的更快地采用和部署。他說,與此同時,投資者應該知道,他們會選擇有效的太陽能技術來賺取更大的利潤,這種技術可能不會持續很長時間,并知道可以定期用更新的,效率更高的面板代替這些面板。

Bulovi?說:“歷史趨勢表明,太陽能電池板技術年復一年地不斷提高效率,而且這些改進勢必會持續數年。”例如,基于鈣鈦礦的太陽能電池在不到十年前首次開發時,其效率僅為百分之幾。但根據Bulovi?的說法,最近它們的創紀錄性能超過了25%的效率,相比之下,創紀錄的硅電池為27%,當今的標準硅模塊約為20%。重要的是,在新穎的設備設計中,可以將鈣鈦礦太陽能電池堆疊在另一個鈣鈦礦,硅或薄膜電池之上,以將可達到的最大效率極限提高到40%以上,該極限遠高于30%的基本極限。當今的硅太陽能技術。

布洛維奇希望這項研究將“改變已被公認的全球真理的范式”。他說,到目前為止,由于耐用性的要求,“許多有前途的技術甚至都還沒有起步,因為門檻太高了”。

為了進行分析,該團隊研究了三種不同類型的太陽能裝置:典型的6千瓦住宅系統,200千瓦商業系統以及帶有太陽能跟蹤功能的大型100兆瓦公用事業規模系統。他們使用了美國太陽能系統的NREL基準參數,以及各種關于太陽能技術開發,融資以及更換后初始面板處置(包括回收使用過的組件)的處置的未來進展的假設。使用四個獨立的工具對模型進行了驗證,這些工具可用于計算平均電力成本(LCOE),這是一種用于比較不同電力來源的經濟可行性的標準指標。

他們發現,在所有三種安裝類型中,根據當地情況的不同,在10到15年后更換新的模塊在許多情況下都可以提供經濟優勢,同時又可以保持太陽能在環境和減少排放方面的諸多優勢。成本競爭力的基本要求是,要在美國安裝的任何新太陽能技術都應從至少20%的模塊效率,每瓦成本不超過30美分的壽命以及至少使用壽命的開始10年,在這三個方面都有改進的潛力。

Jean指出,當今被認為是標準的太陽能技術,主要是基于硅的薄膜技術,以及諸如碲化鎘的薄膜變體,“它們在初期并不十分穩定。之所以能夠持續25至30年,是因為它們已經發展了幾十年。”他說,新的分析現在可能為一些有前途的較新技術打開大門,這些新技術應以足夠的規模進行部署,以逐步積累類似水平的經驗和改進,并比不更換模塊時更早地對氣候變化產生影響。 。

布洛維奇說:“這可能使我們能夠提出將在葡萄樹上死掉的想法”,因為人們認為延長壽命至關重要。

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