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光伏发电很贵吗,普通家庭用划不划算?聊聊你不知道的太阳能电池

:2022-07-22 :赞晨科技 :985267

 聊聊跟你想的不一样的太阳能电池


  一提起太阳能电池,很多人的第 一印象可能不是环保,而是价格贵,高污染,因此我们长期接受的信息是,太阳能电池的生产过程能耗高,太阳能必须靠补贴才能活下去,投资太阳能必然亏本。 


  事实真是如此吗?让我们来看看太阳能电池的价格。


  下图是PVinfoLink上统计国内外市场上太阳能电池4月1日的价格。国内多晶和单晶电池的电池片均价已经下降到0.85和0.88元/W,组件的均价是1.49和1.66元/W。


  有些人不理解,太阳能电池为啥不是多少钱一块,或者多少钱一平米呢?许多同学对XX元/W不太了解,该怎么去理解这个价格呢。这里呢,其实主要是因为太阳能电池根据其发电能力进行售卖的,相应的根据其发电功率进行销售。因为单块电池电压低,所以应用的电池都是串联起来用的,实际市场价格都是按组件价格计算。我们就根据表中数据,以单晶PERC电池片~21.9%+158.75mm和组件为例子谈谈太阳能电池的发展现状。


  首先,单晶多晶是根据所使用晶硅的类型来定的。一般来说,多晶电池成本低,但效率和寿命低于单晶电池,所以价格也比单晶电池便宜些。PERC是一种器件界面的处理技术,用于提高晶硅太阳能电池的效率,这里可以不管。21.9%呢,是指器件在标准AM1.5G光照下的转化效率为21.9%。这个AM1.5G是个人为规定的标准量,功率是100mW/cm2(1000W/m2)。也就是说一块1m2的太阳能电池,在标准关照下,能产生的大功率为219W,相当于维持2个100W的白炽灯正常工作。


  有小朋友会问,如果我买个一块1m2的太阳能电池,是不是一 天就能按219W的功率发电呢?


  答案显然不是。首先,光照的强度时不断变化的。受光照角度和大气中经过路径的影响,一般来说,早上的光照强度明显不如中午,阴天的明显不如晴天。同时,不同光照下太阳能电池的转化效率也会变化,晶硅太阳能电池因为使用的是间接带隙半导体,光电子跃迁需要额外的能量,弱光下的转化效率较差。


  其次,光照角度是不断变化的。同一时间,直射时候辐照功率能力强,但发电板如果不增加光照追踪器,工作时很难达到直射。另外,不同维度和海拔地区,每天每年得获得的光照能量也千差万别,一般来说,中纬度和高原地区光照能力比较强。我国根据年平均日照时间,分了不同类型的地区。比如,地处29.7度青藏高原的 ** ,每天的日照时长达6.7个标准光照时间(跟高原空气稀薄散射少有关),属于1类地区。


  如果把这个能量换算成年总能量,看清楚看出不同地区的差别,直接计算出大可转换电量。如, ** 西部地区的年日照时数为3200-3300小时,辐照总量为160-200 Kcal/cm2,约670-837KJ/cm2。按上面单晶PERC电池的的转换效率来算,每平方厘米多可以发147~183KJ电量,换算成度数是0.041~0.051度。一块有效面积1平米的太阳能电池,发电功率是219W,则该地区全年多可发410~510度电。因为太阳能发电板实际上是多块电池串联而成的组件,消费者购买的都是按组件价格购买。因此,消费者如果要购买有效面积1平米的电池,相当于购买219瓦的组件。如果按组件的均价1.66元/W计算,购买这块太阳能电池按批发价需368元。


  368元的太阳能发电板,在 ** 西部一年能发410-510度电,按民用电价0.5元/度计算,相当于一年产生205~255元的收益,相当于一年半主要就能把成本收回来。肯定有人觉得,这个价格非常诱人啊。但是,不是这样的!为什么呢?少有以下因素需要考虑。


  首先,无法保证发电板正对阳光。我们知道,地球围绕太阳公转,同时自传。因此,每天的光照角度,每个季度的光照角度都不一样。要保证始终始终正对着太阳能照射,需额外增加太阳光追踪器(需额外增加投资)。因此,实际光电转化效率综合起来需要打一个折扣。


  其次,非正午时间导致发电板光电转效率下降。非正午时间光照强度不够,发电板效率达不到21.9%。因此,实际应用场景,光电转化效率综合起来需打第二个折扣。


  另外,发电板大功率的实现需要外部负载的匹配。只有佳工作点,才能实现电池的大转换输出。如果直接接负载,很难达到大功率输出。实现大的功率的输出,组件需要增加个大功率点追踪器(MPPT),需要增加额外的投资。因此,光电转化效率综合起来需打第三个折扣。


  此外,大功率的实现还跟温度有关。低温和高温下转换效率均会下降,实际应用场景难以保障25度的温度。这样,我们还需要对发电板的转换效率做第四次折算。


  此外,大多数地区的光照难以达到 ** 的时长。刚才我们提到的 ** 西北地区,是我国光照条件好的地区。而其他地区的应用,像福建广东,光照只有 ** 西部的3/4不到。因此,我们在应用中还要对转化再做第5次折算。


  如果是内地的小朋友,经过这五次折算下来,我们估算下,这1平米的219W的电板发电量打个5折,投资少翻1.5倍。也就是说,光伏发电设备投资552元,年发电205~255度,按民电价格收回成本大概需要5年,这个回报周期并不长。显然,从这个角度说,光伏发电的成本没有想象中的那么夸张。


  但是我们需要注意的是,光伏发电只在白天工作,而很多用电的场景并非即发即用。因此,光伏发电如果不上网,一般需要配套储能设备,这需要额外增加储能的投资。以1000W的电板每天发3度电来计算,需配套3千瓦时的储能设备(3度)。有兴趣的小朋友可以下,储能的投资比发电板本身更大,从纯发电的角度来说,显然不划算。如果是上网,需增加上网设备。


  那么普通人光伏发电是不是不可投资?如果普通人买来仅仅是用于家庭用电,我认为是不划算的。因为家庭用电的时间段跟发电时间不一致,光伏发电目前需要较高的储能设备投资,是制约其发展的重要因素。


  推广光伏发电,更应该从综合效益和应用场景来看。光伏发电目前适合的是分布式用电需求,如车载移动电源、边远山区、边防哨所、路灯等等,可以减少铺线成本,以及辅助性的工业用电。

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  比如,我国新能源汽车快速发展,但存在续航不够充电不方面的担忧,将光伏发电作为新能源汽车的辅助能源,我认为是可行的。


  对于大型工厂和公用设施白天用电,利用顶棚安装电板发电即发即用,同时降低厂区温度,我认为也是值得推广的。


  对于家庭用电,如果独立庭院,光伏发电能有效降低光照对建筑的直射加热,降低夏季室内温度。渔业方面,利用光伏发电给水体降温增氧,我觉得也是不错的选择。


  值得一提的是,我国光照充足地区大多数为戈壁或植被较少的 ** ,宁夏和新疆一带。这些地区昼夜温差大,存在较大的沙漠化压力。太阳能电板的放置可以有效降低日照对地面破坏以风沙迁移,防止风化沙化,在这些地区具有良好的生态效应。但这些地区的用电需求较少,迫切需要发展特高压输送到东部沿海省份。 


  过去十年随着技术进步和产业链完善,太阳能电池效率不断提高,价格快速下降,现价格已经不到2010年的1/9。我们有理由相信,未来几年,平价的光伏发电将走进千家万户。


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