研究:即使是寿命很短的太阳能电池板在经济上也是可行的

一项新的研究表明,与太阳能行业普遍认为的相反,新型太阳能电池和电池板不一定要使用25到30年,才能在今天的市场上具有经济可行性。

相反,最初使用寿命只有10年的太阳能电池板有时在经济上是有意义的,甚至对电网规模的安装也是如此——因此,这可能为有前景的新太阳能光伏技术打开了大门,这些技术被认为不够耐用,无法广泛使用。

这项新发现发表在《焦耳》(Joule)杂志上,作者乔尔•吉恩(Joel Jean)是麻省理工学院(MIT)的前博士后,同时也是初创公司Swift Solar的首席执行官。弗拉基米尔•Bulović电气工程和计算机科学教授和主任MIT.nano;以及科罗拉多州国家可再生能源实验室(NREL)的迈克尔·伍德豪斯。

“当你和太阳能领域的人交谈时,他们说任何新的太阳能电池板都必须使用25年,”珍说。“如果有人提出了一项寿命为10年的新技术,没有人会去研究它。这被认为是该领域的常识,有点让人崩溃。”

珍补充说:“这是一个巨大的障碍,因为你无法在一两年内证明你的寿命是25年,甚至是10年。他说,由于传统的晶体硅技术在商用太阳能市场占据了压倒性的主导地位,这种假设让许多有前景的新技术被搁置一旁。但研究人员发现,事实并非如此。

“我们必须记住,人们最终关心的不是专家组的成本;这是电力的平均成本,”他说。换句话说,它是系统使用寿命内每千瓦时的实际成本,包括面板、逆变器、货架、布线、土地、安装人工、许可、电网互连和其他系统组件的成本,以及持续的维护成本。

的部分原因,太阳能产业的经济比过去今天看起来不同的是,面板的成本(也称为模块)已经下降到目前为止,现在,“平衡系统”的成本——也就是说,除了面板本身——超过了面板。这意味着,只要更新的太阳能电池板在电力和物理上与货架和电力系统兼容,就可以在经济上合理地使用更新、更好的电池板,同时重用系统的其他部分。

“大部分技术都在面板中,但大部分成本都在系统中,”珍说。“与其让你的系统在30年后把它安装好,然后替换掉所有的东西,如果你更早地替换面板,让其他的一切保持不变,会怎么样?”其中一个经济可行的原因是,如果你用更高效的太阳能电池板来替代它们,”随着世界各地都在探索各种更高效、更低成本的技术,这种情况很可能会出现。

他说,研究小组在他们的分析中发现,“在融资方面有一些注意事项,从理论上讲,你可以获得具有竞争力的成本,因为你的新面板越来越好,寿命短至15年,甚至10年。”

尽管太阳能电池的成本逐年下降,Bulović说,“期望必须演示一个25年的一生对于任何新的太阳能电池板技术一直是一个同义反复。在这项研究中,我们发现,随着太阳能电池板变得更便宜、更高效,成本平衡会发生显著变化。”

他说,这篇新论文的目的之一是提醒研究人员,他们的新太阳能发明即使寿命相对较短,也可能具有成本效益,因此可能会比预期更快地被采用和部署。他说,与此同时,投资者应该知道,他们可以通过选择可能不会持续那么久的高效太阳能技术来获得更大的利润,因为他们知道,太阳能电池板可以周期性地被更新、更高效的电池板取代。

“历史趋势显示,太阳能电池板技术越来越更高效的年复一年,这些改进是一定会持续几年,“Bulović说。例如,以钙钛矿为基础的太阳能电池,在不到10年前首次开发出来时,其效率只有几个百分点。但最近他们的记录性能效率超过25%,而27%的创纪录的硅光电池和今天的大约20%的标准硅模块,根据Bulović。重要的是,在新颖的设备设计中,钙钛矿太阳能电池可以堆叠在另一种钙钛矿、硅或薄膜电池之上,从而将可实现的最大效率限制提高到40%以上,远远高于当今硅太阳能技术30%的基本限制。但钙钛矿在使用寿命方面存在问题,目前还没有证据表明其能接近25年的标准。

Bulović希望这项研究将“转变的模式已被接受作为一个全球的真理。他说,到目前为止,“许多有前途的技术甚至从未起步,因为对耐用性的要求太高了”。

为了进行分析,研究小组研究了三种不同类型的太阳能装置:典型的6千瓦住宅系统、200千瓦商业系统和带有太阳能跟踪功能的100兆瓦大型公用事业系统。他们使用了美国太阳能系统的NREL基准参数,并对未来太阳能技术发展、融资以及更换后初始面板的处理(包括回收使用过的模块)等方面的进展做出了各种假设。使用四个独立的工具对模型进行了验证,以计算统一的电力成本(LCOE),这是比较不同电力来源的经济可行性的标准指标。

他们发现,在所有三种安装类型中,根据当地的具体情况,在10到15年后更换新模块,在许多情况下可以提供经济优势,同时保持太阳能发电的许多环境和减排效益。成本竞争力的基本要求是任何新的太阳能技术都要安装在美国。S应该从模块效率至少20%开始,每瓦成本不超过30美分,使用寿命至少10年,并有可能在这三方面都有所改进。

吉恩指出,目前被认为是标准的太阳能技术,主要是硅基的,但也有薄膜变体,如碲化镉,“在早期并不十分稳定。它们能持续25到30年的原因是它们已经发展了几十年。他说,新的分析结果现在可能为一些有前景的新技术打开了大门,这些新技术将以足够的规模部署,随着时间的推移积累类似水平的经验和改进,并比不更换模块时更早地对气候变化产生影响。

“这可能使我们推出的想法会死在葡萄树”,因为认为大长寿至关重要,Bulović说。

这项研究得到了塔塔-麻省理工学院格里德吉太阳能研究项目的支持。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:http://news.mit.edu/2019/short-lived-solar-panels-economic-0919

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