就說這高溫天氣把人逼瘋到什么程度了。有人甚至動了買太陽能的心思，來給自己家空調(diào)供電。
HN 上也是呼聲一片，“我們需要大量太陽能板”還成為了全民熱議話題，討論度達到了 809。
這種天氣下，英國 7 月一天的太陽能發(fā)電量就達到了 66.9 吉瓦時，能滿足全國 8.6% 的需求，德國那邊據(jù)說還達到了太陽能發(fā)電量單日新高。難道說，極端高溫還真能“百害而有一利”？
BUT，非常抱歉，你可能想多了。太陽能發(fā)電，其實也怕高溫！
太高溫，光伏發(fā)電效率下降了
這事兒還得從太陽能發(fā)電的設(shè)備說起。太陽能發(fā)電的原理，本質(zhì)上是利用光照射半導(dǎo)體產(chǎn)生的光伏效應(yīng)（光生伏特效應(yīng)），將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>
具體來說，就是通過將太陽光照射到 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體接觸形成的 PN 結(jié)上，PN 結(jié)吸收光子的能量后，激發(fā)電子和空穴（向相反方向移動），從而出現(xiàn)異號電荷積累形成正負兩極，產(chǎn)生電壓。從這個角度來看，更多的光能確實能產(chǎn)生更多的電能。
BUT，高溫不等于更多的光能（即使沒有太陽光，環(huán)境溫度也可能非常高）。不僅如此，它還會嚴(yán)重影響半導(dǎo)體的工作效率。受自身性質(zhì)影響，半導(dǎo)體的溫度穩(wěn)定性極差，必須保持在 20℃~30℃范圍內(nèi)才能正常工作，高溫散熱不及時的話，直接就燒壞斷路了。
除此之外，高溫還會產(chǎn)生熱斑效應(yīng)和 PID 效應(yīng)等影響。
熱斑效應(yīng)，指串聯(lián)支路中部分組件因某些原因被“遮蔽”，不僅無法產(chǎn)生電量，還會被當(dāng)做負載消耗其他支路產(chǎn)生的能量。一旦出現(xiàn)高溫天，局部溫度過高的情況就會被加劇，強化熱斑效應(yīng)，直接導(dǎo)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(xiàn)鳥屎等。放在平時，鳥屎也就是損傷一個小電阻，但高溫一出現(xiàn)，就會加劇它帶來的影響，極易出現(xiàn)燒壞組件的情況。
除此之外，PID 效應(yīng)（電勢誘導(dǎo)衰減）也會隨著高溫潮濕的環(huán)境加劇。
由于高溫天氣往往也伴隨著潮濕，因此空氣中的大量水蒸氣，會通過封邊硅膠或背板進入組件內(nèi)部，從而導(dǎo)致組件內(nèi)部大量電荷聚集在電池片表面，造成性能嚴(yán)重下降。
綜合來看，太陽能發(fā)電的最佳溫度在 25℃，溫度太高反而影響發(fā)電。而且，高溫或許還對新能源發(fā)電有更嚴(yán)重的影響。
比如一些核電站最近都在降低發(fā)電，因為排出的冷卻水溫度太高，會對海洋生物造成威脅。例如在去年年底，英國的托內(nèi)斯核電站就不得不緊急關(guān)閉，因為較高的海水溫度導(dǎo)致大量水母泛濫，以至于直接堵塞了他們的冷卻水出口。
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，也因為采取海水冷卻的方式，導(dǎo)致大量水母繁殖而無法繼續(xù)運行。
那么，高溫會導(dǎo)致太陽能工作效率下降的話，通過熱能這種方式可不可行呢？
還有哪些利用太陽的發(fā)電方式？
眾所周知，我國是一個可以把黑人老哥都熱到中暑的高溫大國。這么好的熱能資源，咱們當(dāng)然得利用起來。所以除了太陽能光伏發(fā)電外，我國還有很多利用太陽能的新型發(fā)電方式。
比如常被拿來做比較的光熱發(fā)電。
在我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(fā)電量超過了 3379 萬 kWh，單次連續(xù)不間斷發(fā)電 262 小時，晴天平均日發(fā)電量超過 185 萬 kWh。
與上述提到的光伏發(fā)電不同，它不需要昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，原理上其實類似于傳統(tǒng)的火力發(fā)電。
簡單來說，就是用一面面大鏡子來聚集太陽光，通過換熱裝置“燒開水”產(chǎn)生蒸汽，然后推動汽輪機發(fā)電。因為原理相近，它甚至可以直接接入傳統(tǒng)發(fā)電廠。其最大的好處就是沒有太陽光時，還能繼續(xù)發(fā)電。通過儲能系統(tǒng)，光熱電站可以先將有太陽時的熱能收集起來，在光線不足時再調(diào)用。這就避免了光伏發(fā)電中，一沒太陽就停擺的問題，還能根據(jù)下游用電需求來調(diào)峰。
與此同時，光熱電站所用導(dǎo)熱工質(zhì)是循環(huán)使用的，幾乎不產(chǎn)生排放。更為關(guān)鍵的是，上述我們提到光伏發(fā)電易受高溫影響的主要原因在太陽能電池板上，而光熱發(fā)電并不使用這一部件。所以，應(yīng)對極端高溫氣候，光熱發(fā)電或許會更有優(yōu)勢？
但光熱發(fā)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(shù)路線。比如敦煌光熱電站的鏡場總面積達到了 140 多萬平方米。一直以來，它的建設(shè)成本也居高不下，可達到光伏發(fā)電的 4-5 倍。
而除了陸地上，在水面上也能利用太陽能發(fā)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(fā)電。
簡單理解，就是讓太陽能發(fā)電板漂浮在水上，水作為高熱容物質(zhì)，能為光伏板散熱提供有利條件。而且這種發(fā)電廠，可以直接建在城市郊區(qū)的湖泊水面上。比如在我國德州丁莊鎮(zhèn)，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。
屬實是“躺著就能發(fā)電”了。
One More Thing
那么，格局再打開些，把太陽能板發(fā)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(jīng)被大氣層反射散射過，各地區(qū)的空氣質(zhì)量也會影響太陽能發(fā)電的效率。在太空中，太陽能板理論上還能做到 24 小時持續(xù)工作，不存在夜晚的影響。于是在 20 世紀(jì) 70 年代左右，就有人提出了天基太陽能（Space-based solar power）的發(fā)電方法。
嗯，就是將衛(wèi)星發(fā)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(wèi)星上搭載光伏電池，將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，再通過天線發(fā)射微波的方式，將電能傳輸?shù)降孛娼邮照尽?/p>
國內(nèi)外都有過這方面的研究計劃。2008 年，日本提出要把空間太陽能作為國家目標(biāo)，還制定了相應(yīng)的商業(yè)化路線圖；2014 年，國內(nèi)西安電子科技大學(xué)也提出了 OMEGA（球形膜能量收集陣列）計劃。然而，受限于發(fā)射成本，天基太陽能研究并沒有火起來。直到這幾年，隨著發(fā)射成本的降低，NASA 也開始重新考慮“天基太陽能”這一技術(shù)的前景。
據(jù) SpaceNews 消息，NASA 已經(jīng)與一些技術(shù)機構(gòu)就這件事進行了討論，計劃將結(jié)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“蠢到?jīng)]邊兒”的事情。
你感覺這種發(fā)電方法可行嗎？
參考鏈接：
[1]https://www.cnbc.com/2022/07/26/surging-temperatures-are-good-for-solar-panels-right-the-answer-is-its-complicated.html
[2]https://fortune.com/2022/07/19/europe-solar-panels-lose-efficiency-in-high-temperatures/
[3]https://caseyhandmer.wordpress.com/2022/07/22/were-going-to-need-a-lot-of-solar-panels/
[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Space-based_solar_power
[5]https://news.ycombinator.com/item?id=32197012
[6]http://ex.chinadaily.com.cn/exchange/partners/77/rss/channel/cn/columns/8hk2q2/stories/WS62a92f05a3101c3ee7ada95b.html
[7]https://www.reddit.com/r/space/comments/r0yeu6/elon_musk_called_spacebased_solar_power_the/
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