聊聊跟你想的不一樣的太陽能電池

  一提起太陽能電池，很多人的第 一印象可能不是環(huán)保，而是價格貴，高污染，因此我們長期接受的信息是，太陽能電池的生產(chǎn)過程能耗高，太陽能必須靠補貼才能活下去，投資太陽能必然虧本。 

  事實真是如此嗎？讓我們來看看太陽能電池的價格。

  下圖是PVinfoLink上統(tǒng)計國內(nèi)外市場上太陽能電池4月1日的價格。國內(nèi)多晶和單晶電池的電池片均價已經(jīng)下降到0.85和0.88元/W，組件的均價是1.49和1.66元/W。

  有些人不理解，太陽能電池為啥不是多少錢一塊，或者多少錢一平米呢？許多同學對XX元/W不太了解，該怎么去理解這個價格呢。這里呢，其實主要是因為太陽能電池根據(jù)其發(fā)電能力進行售賣的，相應的根據(jù)其發(fā)電功率進行銷售。因為單塊電池電壓低，所以應用的電池都是串聯(lián)起來用的，實際市場價格都是按組件價格計算。我們就根據(jù)表中數(shù)據(jù)，以單晶PERC電池片~21.9%+158.75mm和組件為例子談談太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀。

  首先，單晶多晶是根據(jù)所使用晶硅的類型來定的。一般來說，多晶電池成本低，但效率和壽命低于單晶電池，所以價格也比單晶電池便宜些。PERC是一種器件界面的處理技術，用于提高晶硅太陽能電池的效率，這里可以不管。21.9%呢，是指器件在標準AM1.5G光照下的轉化效率為21.9%。這個AM1.5G是個人為規(guī)定的標準量，功率是100mW/cm2（1000W/m2）。也就是說一塊1m2的太陽能電池，在標準關照下，能產(chǎn)生的大功率為219W，相當于維持2個100W的白熾燈正常工作。

  有小朋友會問，如果我買個一塊1m2的太陽能電池，是不是一 天就能按219W的功率發(fā)電呢？

  答案顯然不是。首先，光照的強度時不斷變化的。受光照角度和大氣中經(jīng)過路徑的影響，一般來說，早上的光照強度明顯不如中午，陰天的明顯不如晴天。同時，不同光照下太陽能電池的轉化效率也會變化，晶硅太陽能電池因為使用的是間接帶隙半導體，光電子躍遷需要額外的能量，弱光下的轉化效率較差。

  其次，光照角度是不斷變化的。同一時間，直射時候輻照功率能力強，但發(fā)電板如果不增加光照追蹤器，工作時很難達到直射。另外，不同維度和海拔地區(qū)，每天每年得獲得的光照能量也千差萬別，一般來說，中緯度和高原地區(qū)光照能力比較強。我國根據(jù)年平均日照時間，分了不同類型的地區(qū)。比如，地處29.7度青藏高原的 ** ，每天的日照時長達6.7個標準光照時間（跟高原空氣稀薄散射少有關），屬于1類地區(qū)。

  如果把這個能量換算成年總能量，看清楚看出不同地區(qū)的差別，直接計算出大可轉換電量。如， ** 西部地區(qū)的年日照時數(shù)為3200-3300小時，輻照總量為160-200 Kcal/cm2，約670-837KJ/cm2。按上面單晶PERC電池的的轉換效率來算，每平方厘米多可以發(fā)147~183KJ電量，換算成度數(shù)是0.041~0.051度。一塊有效面積1平米的太陽能電池，發(fā)電功率是219W，則該地區(qū)全年多可發(fā)410~510度電。因為太陽能發(fā)電板實際上是多塊電池串聯(lián)而成的組件，消費者購買的都是按組件價格購買。因此，消費者如果要購買有效面積1平米的電池，相當于購買219瓦的組件。如果按組件的均價1.66元/W計算，購買這塊太陽能電池按批發(fā)價需368元。

  368元的太陽能發(fā)電板，在 ** 西部一年能發(fā)410-510度電，按民用電價0.5元/度計算，相當于一年產(chǎn)生205~255元的收益，相當于一年半主要就能把成本收回來?？隙ㄓ腥擞X得，這個價格非常誘人啊。但是，不是這樣的！為什么呢？少有以下因素需要考慮。

  首先，無法保證發(fā)電板正對陽光。我們知道，地球圍繞太陽公轉，同時自傳。因此，每天的光照角度，每個季度的光照角度都不一樣。要保證始終始終正對著太陽能照射，需額外增加太陽光追蹤器（需額外增加投資）。因此，實際光電轉化效率綜合起來需要打一個折扣。

  其次，非正午時間導致發(fā)電板光電轉效率下降。非正午時間光照強度不夠，發(fā)電板效率達不到21.9%。因此，實際應用場景，光電轉化效率綜合起來需打第二個折扣。

  另外，發(fā)電板大功率的實現(xiàn)需要外部負載的匹配。只有佳工作點，才能實現(xiàn)電池的大轉換輸出。如果直接接負載，很難達到大功率輸出。實現(xiàn)大的功率的輸出，組件需要增加個大功率點追蹤器（MPPT），需要增加額外的投資。因此，光電轉化效率綜合起來需打第三個折扣。

  此外，大功率的實現(xiàn)還跟溫度有關。低溫和高溫下轉換效率均會下降，實際應用場景難以保障25度的溫度。這樣，我們還需要對發(fā)電板的轉換效率做第四次折算。

  此外，大多數(shù)地區(qū)的光照難以達到 ** 的時長。剛才我們提到的 ** 西北地區(qū)，是我國光照條件好的地區(qū)。而其他地區(qū)的應用，像福建廣東，光照只有 ** 西部的3/4不到。因此，我們在應用中還要對轉化再做第5次折算。

  如果是內(nèi)地的小朋友，經(jīng)過這五次折算下來，我們估算下，這1平米的219W的電板發(fā)電量打個5折，投資少翻1.5倍。也就是說，光伏發(fā)電設備投資552元，年發(fā)電205~255度，按民電價格收回成本大概需要5年，這個回報周期并不長。顯然，從這個角度說，光伏發(fā)電的成本沒有想象中的那么夸張。

  但是我們需要注意的是，光伏發(fā)電只在白天工作，而很多用電的場景并非即發(fā)即用。因此，光伏發(fā)電如果不上網(wǎng)，一般需要配套儲能設備，這需要額外增加儲能的投資。以1000W的電板每天發(fā)3度電來計算，需配套3千瓦時的儲能設備（3度）。有興趣的小朋友可以下，儲能的投資比發(fā)電板本身更大，從純發(fā)電的角度來說，顯然不劃算。如果是上網(wǎng)，需增加上網(wǎng)設備。

  那么普通人光伏發(fā)電是不是不可投資？如果普通人買來僅僅是用于家庭用電，我認為是不劃算的。因為家庭用電的時間段跟發(fā)電時間不一致，光伏發(fā)電目前需要較高的儲能設備投資，是制約其發(fā)展的重要因素。

  推廣光伏發(fā)電，更應該從綜合效益和應用場景來看。光伏發(fā)電目前適合的是分布式用電需求，如車載移動電源、邊遠山區(qū)、邊防哨所、路燈等等，可以減少鋪線成本，以及輔助性的工業(yè)用電。

  比如，我國新能源汽車快速發(fā)展，但存在續(xù)航不夠充電不方面的擔憂，將光伏發(fā)電作為新能源汽車的輔助能源，我認為是可行的。

  對于大型工廠和公用設施白天用電，利用頂棚安裝電板發(fā)電即發(fā)即用，同時降低廠區(qū)溫度，我認為也是值得推廣的。

  對于家庭用電，如果獨立庭院，光伏發(fā)電能有效降低光照對建筑的直射加熱，降低夏季室內(nèi)溫度。漁業(yè)方面，利用光伏發(fā)電給水體降溫增氧，我覺得也是不錯的選擇。

  值得一提的是，我國光照充足地區(qū)大多數(shù)為戈壁或植被較少的 ** ，寧夏和新疆一帶。這些地區(qū)晝夜溫差大，存在較大的沙漠化壓力。太陽能電板的放置可以有效降低日照對地面破壞以風沙遷移，防止風化沙化，在這些地區(qū)具有良好的生態(tài)效應。但這些地區(qū)的用電需求較少，迫切需要發(fā)展特高壓輸送到東部沿海省份。 

  過去十年隨著技術進步和產(chǎn)業(yè)鏈完善，太陽能電池效率不斷提高，價格快速下降，現(xiàn)價格已經(jīng)不到2010年的1/9。我們有理由相信，未來幾年，平價的光伏發(fā)電將走進千家萬戶。