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今日報丨天氣這么熱 太陽能都受不了

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，來給自己家空調供電。Hacker News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。

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這種天氣下，英國7月一天的太陽能發電量就達到了66.9吉瓦時，能滿足全國8.6%的需求，德國那邊據說還達到了太陽能發電量單日新高。

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。

太陽能發電，其實也怕高溫！

太高溫，光伏發電效率下降了

這事兒還得從太陽能發電的設備說起。

太陽能發電的原理，本質上是利用光照射半導體產生的光伏效應（光生伏特效應），將光能直接轉變為電能。

具體來說，就是通過將太陽光照射到P型半導體和N型半導體接觸形成的PN結上，PN結吸收光子的能量后，激發電子和空穴（向相反方向移動），從而出現異號電荷積累形成正負兩極，產生電壓。

從這個角度來看，更多的光能確實能產生更多的電能。

BUT，高溫不等于更多的光能（即使沒有太陽光，環境溫度也可能非常高）。

不僅如此，它還會嚴重影響半導體的工作效率。

受自身性質影響，半導體的溫度穩定性極差，必須保持在20℃~30℃范圍內才能正常工作，高溫散熱不及時的話，直接就燒壞斷路了。

除此之外，高溫還會產生熱斑效應和PID效應等影響。

熱斑效應，指串聯支路中部分組件因某些原因被“遮蔽”，不僅無法產生電量，還會被當做負載消耗其他支路產生的能量。

一旦出現高溫天，局部溫度過高的情況就會被加劇，強化熱斑效應，直接導致組件電池板老化、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，如出現鳥屎等。

放在平時，鳥屎也就是導致一個小電阻，但高溫一出現，就會加劇它帶來的影響，極易出現燒壞組件的情況。

除此之外，PID效應（電勢誘導衰減）也會隨著高溫潮濕的環境加劇。

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部，從而導致組件內部大量電荷聚集在電池片表面，造成性能嚴重下降。

綜合來看，太陽能發電的最佳溫度在25℃，溫度太高反而影響發電。

而且，高溫或許還對新能源發電有更嚴重的影響。

比如一些核電站最近都在降低發電，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，英國的托內斯核電站就不得不緊急關閉，因為較高的海水溫度導致大量水母泛濫，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，導致大量水母繁殖而無法繼續運行。

那么，高溫會導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，咱們當然得利用起來。

所以除了太陽能光伏發電外，我國還有很多利用太陽能的新型發電方式。

比如常被拿來做比較的光熱發電。

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，它的發電量超過了3379萬kWh，單次連續不間斷發電262小時，晴天平均日發電量超過185萬kWh。

與上述提到的光伏發電不同，它不需要昂貴的硅晶光電轉換工藝，原理上其實類似于傳統的火力發電。

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”產生蒸汽，然后推動汽輪機發電。

因為原理相近，它甚至可以直接接入傳統發電廠。

其最大的好處就是沒有太陽光時，還能繼續發電。

通過儲能系統，光熱電站可以先將有太陽時的熱能收集起來，在光線不足時再調用。

這就避免了光伏發電中，一沒太陽就停擺的問題，還能根據下游用電需求來調峰。

與此同時，光熱電站所用導熱工質是循環使用的，幾乎不產生排放。

更為關鍵的是，上述我們提到光伏發電易受高溫影響的主要原因在太陽能電池板上，而光熱發電并不使用這一部件。

所以，應對極端高溫氣候，光熱發電或許會更有優勢？

但光熱發電同樣有劣勢，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，它的建設成本也居高不下，可達到光伏發電的4-5倍。

而除了陸地上，在水面上也能利用太陽能發電，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電。

簡單理解，就是讓太陽能發電板漂浮在水上，水作為高熱熔物質，能為光伏板散熱提供有利條件。

而且這種發電廠，可以直接建在城市郊區的湖泊水面上。

比如在我國德州丁莊鎮，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“躺著就能發電”了。

One More Thing

那么，格局再打開些，把太陽能板發射到太空可以嗎？

畢竟地球上能接收到的太陽能量，不僅已經被大氣層反射散射過，各地區的空氣質量也會影響太陽能發電的效率。

在太空中，太陽能板理論上還能做到24小時持續工作，不存在夜晚的影響。

于是在20世紀70年代左右，就有人提出了天基太陽能（Space-based solar power）的發電方法。

嗯，就是將衛星發射到太空中，在太空中收集太陽的能量傳回地面。

它需要在衛星上搭載光伏電池，將太陽能轉換成電能，再通過天線發射微波的方式，將電能傳輸到地面接收站。

國內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，還制定了相應的商業化路線圖；2014年，國內西安電子科技大學也提出了OMEGA（球形膜能量收集陣列）計劃。

然而，受限于發射成本，天基太陽能研究并沒有火起來。

直到這幾年，隨著發射成本的降低，NASA也開始重新考慮“天基太陽能”這一技術的前景。

據SpaceNews消息，NASA已經與一些技術機構就這件事進行了討論，計劃將結果在今年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“蠢到沒邊兒”的事情。

你感覺這種發電方法可行嗎？

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