如何评估新的太阳能技术

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这是一个更好的交易:一个现成的、现成的太阳能电池板或一种尖端的类型,能为给定的区域提供更多的电力,但成本更高?

事实证明,这远不是一个简单的问题,但麻省理工学院和其他地方的一组研究人员想出了一种方法来确定给定位置和安装类型的最佳选择。底线是,在相对干燥的地方,家庭规模的屋顶系统,更有效,但更昂贵的面板将更好,但对于网格规模的设施或在潮湿的气候,所建立的,低效率,但更便宜的面板更好。

太阳能电池的成本继续下降,而安装和相关设备的成本保持相对恒定。因此,解决规划新设备所涉及的权衡变得更加复杂。但是,这项新的研究提供了一个清晰的方法来评估一个给定项目的最佳技术。

这项研究成果发表在《自然与能源》杂志上,该论文由麻省理工学院研究生Sarah Sofia、机械工程副教授Tonio Buonassisi、研究科学家I. Marius Peters和麻省理工学院的其他三个研究所以及Calif太阳能和湿婆电力公司太阳能公司提供。鸟兽属

该研究比较了太阳能电池的两个基本品种:使用单一类型的光伏材料的标准设计,以及将两种不同类型(称为串联电池)结合起来的先进设计,以便在阳光下捕获更多的能量。对于串联电池,研究人员还比较了不同的品种:其中两个细胞中的每一个串联连接在一起,称为两个连接的串联电池,每个电池分别被连接在一起,称为四结串联电池。

该小组不只是观察每一种能提供的电力量,而是分析了所有相关的安装和运行成本随时间的变化,以产生一种称为“水平化电成本”的测量(LCOE),该方法将所有的成本和收入合并在整个生命周期内。系统的。

“标准单结电池的最大效率极限约为30%,”索非亚解释说,“使用两种材料的串联电池可以具有更高的效率,高于40%。”但是,更高的效率显然是原则上的优势。你基本上有两个太阳能电池,而不是一个,所以制造起来更贵。所以,我们想看看它是否值得,“她说。

在他们的分析中,研究小组研究了三种环境——干旱(亚利桑那州)、温带(南达科他州)和潮湿(佛罗里达州)——因为空气中的水蒸气量会影响到太阳光到达太阳电池的程度。在这些位置中,他们将标准的两种单结太阳能电池(碲化镉,或碲化镉,和铜铟镓硒化物,或CIGS)与两种不同类型的串联电池,两个结或四结进行比较。因此,在每个环境中总共研究了四种不同的技术。此外,他们还研究了设备的整体LCOE将如何受到影响,这取决于总体能源价格是否保持不变或随着时间的推移而下降,正如许多分析师预期的那样。

结果有些令人吃惊。“对于住宅系统,我们表明,四终端串联系统[最有效的太阳能电池可用]是最好的选择,无论位置,”索菲亚说。但研究人员发现,对于公用事业规模的设备来说,生产成本最低的电池是最好的交易。

Sofia说,这些新发现对那些规划新太阳能设施的人来说是非常重要的。“对我来说,显示一个四终端串联电池有一个明确的成功机会并不明显。这真的表明了在住宅系统中拥有高能量收益的重要性。

但是,由于公用事业规模系统可以将安装和控制系统的成本分散在更多的面板上,并且因为空间在这样的安装中趋向于更少的限制,“在这样的设置中,我们从来没有看到更昂贵、高效的电池的机会”。在大型阵列中,“因为安装成本太便宜,他们只需要最便宜的电池(每瓦电力),”她说。

索菲亚说,这项研究有助于指导太阳能技术的研究重点。“在这个领域里有很多工作,而不是先问这个问题[经济学是否真的有意义]。在我们做所有工作之前,我们应该问这个问题。……我希望这可以作为研究工作重点的指南,“她说。

Sofia的研究小组开发了用于比较的方法应该适用于许多其他太阳能技术的比较,而不仅仅是选择这项研究的具体类型。“对于薄膜技术来说,这是可以推广的,”她说。

因为他们研究的四个终端的材料已经商业化了,Sofia说:“如果有一个公司感兴趣,”实用的、负担得起的四个用于住宅应用的串联系统可能很快被推向市场。

“这篇论文突破了新的领域,因为它精确地量化了不同太阳能面板技术、不同气候区域和不同应用规模的太阳能成本,”第一太阳能公司首席技术官Raffi Garabedian说,他没有参与这一研究。拱门。正如作者指出的那样,高效率的串联电池一旦得到充分发展,就应该在诸如住宅屋顶这样的高安装成本环境中占据优势。

研究团队还包括麻省理工学院的Jonathan Mailoa,第一太阳能公司的Dirk Weiss,以及西瓦电力公司的Billy Stanbery,这两家公司都在加利福尼亚的圣克拉拉。这项研究由新加坡国家研究基金会通过新加坡麻省理工研究联盟(SMART)、海湾地区光伏联盟、美国能源部和国家科学基金会支持。

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