每五天,太阳为地球提供了尽可能多的石油,煤炭和天然气供应。如果人类可以抓住一6,000人TH.地球上可用的太阳能,我们就能满足100%我们的能源需求。今天,我们在这两方面都取得了巨大的进步太阳能电池板效率和新的方法扩大表面积覆盖范围

与此同时,太阳能的成本像今年一样持续下跌每瓦太阳能的价格平均约3美元。

然而,虽然目前普通太阳能电池板的效率仍徘徊在16- 18%左右,传统的硅太阳能电池板仅达到其理论效率潜力的一半。新材料科学的突破将使理论上的限制增加一倍,并有望提供廉价、高效和丰富的太阳能。

随着太阳能技术的价格 - 绩效比率开始削弱传统能源,我们很快就会证明太阳能电池的大规模集成到日常基础设施中,满足全球能源需求。

太阳捕捉表面的波动

传统上,太阳能发电厂被部署在大片视野不清的农田上,或者安装在自给自足的住宅和商业地产的屋顶上。然而,批评人士指出,土地使用是广泛采用太阳能的唯一最大障碍。

然而,在未来十年,太阳能电池板将在城市和半城市地区几乎无处不在地安装,嵌入我们的基础设施、透明表面,甚至可能是运输船只。

即使是现在,数万英亩的未使用的城市空间 - 更不用说即将到来的不断重复的停车场,一旦无人驾驶车队增殖 - 可以配备太阳能电池板。和破坏性的球员在太阳能电池产品上迅速迭代,以增强他们的美学吸引力。

这些技术中的一些专注于将太阳能电池板更加无缝地整合到我们的日常生活中。例如,如果每个窗口和每个玻璃表面都可以捕获太阳能。透明太阳能电池板中的新进步将使这个未来成为果泥。

仅仅五年前,透明的太阳能电池板(或嵌入在透明表面的太阳能电池)还无法利用足够的能量来证明成本和商业化是合理的。2013年,它们的效率仅在1%到3%之间。更重要的是,这些透明表面的不透明度仍然太高,光线几乎无法穿透。

然而,今天,太阳能电池和太阳能捕捉材料终于变得足够多功能,可以集成在玻璃和其他美观的表面上。

输入无处不在的能量这家硅谷初创公司迄今已融资2280万美元。尽管还处于起步阶段,Ubiquitous Energy已经开发出一种名为ClearView Power的透明太阳能电池,其太阳能板的效率达到9.8%。ClearView Power是一种中性玻璃涂层,可以吸收不可见光(紫外线和红外线)并将其转化为电能。理论上,它可以应用于现有建筑的任何窗户。然而,也许最值得注意的是该公司声称其面板像玻璃一样透明,不阻挡可见光。

从这个角度来看,密歇根州立大学(Michigan State University)的研究人员在2018年宣布了一款效率仅为5%的类似太阳能板,仅仅一年后,Ubiquitous就将玻璃太阳能板的效率提高了近一倍。

在未来十年内,商业化的太阳能捕获玻璃可以开始填充每个摩天大楼,学校和住宅屋顶,产生丰富和新的民主化的能源。现在,不透明的太阳能电池板也在朝着同样不显眼的方向发展(更不用说美观了)。

许多初创公司已经开始研究太阳能瓦和太阳能屋顶技术,旨在将它们无缝地整合到住宅和中等规模的建筑中。

例如,特斯拉有自己的精美设计的太阳能瓷砖品牌,称为太阳屋顶。这些高度耐用的太阳能瓦片融合了嵌入式PowerWall电池,可以全天转换和存储太阳能,然后随时使其可用。即使是定制的发电水平(基于家庭能源使用),Tesla的太阳能屋顶基本上将任何房屋转换为自己的实用程序。

预测未来,其中住宅结构不仅燃料燃料,而且可以让您赚钱,Elon Musk认为,在不久的将来,太阳能屋顶将花费不到传统的屋顶材料(已经在接近的维护成本上)。不仅如此,但目前的数字会表明太阳能瓷砖甚至可以在价格上竞争屋顶安装传统太阳能电池板。特斯拉并不是唯一一个参与太阳能屋顶游戏的公司。

硅谷的创业公司向前特斯拉自有太阳能瓷砖的价格已经比特斯拉低了一半以上。Forward声称自己拥有市场上寿命最长的太阳能瓦片,该公司第一批预订的屋顶在一周内就售罄了。虽然目前还不清楚该公司是否能够兑现这些承诺,但其目前的数据已经说明了一切。Forward的屋顶能量密度为每平方英尺19瓦,进一步整合了一个通风系统,抵消了太阳能电池板过热造成的效率损失。

但即使在环境条件下,稳定的太阳能电池板效率也在稳步上升。

材料和效率

历史上,低效的电力生产一直是大规模使用太阳能的最大障碍。然而,自发明以来,光伏电池的效率已成倍提高。

今天,大多数活跃的太阳能电池板平均效率为18%,这意味着它们能捕获暴露在其中的18%的能量。

新进展显著增加了这个数字。

一些公司,如太阳城,松下和SunPower已经实现了22- 23%的太阳能电池板的效率,这是一个惊人的25- 27%的效率提高标准电池板。

例如,SunPower(15亿美元的公共公司)迄今为止拥有市场上最有效的太阳能电池板,达到其X22太阳能电池板的效率22.8%。然而,其他特斯拉和松下(共同参与生产太阳能电池),今天在其商业产品中损失了20%的效率门槛。但即使这些改善率也开始受到研发的新创新挑战。

2016年,全国可再生能源实验室和瑞士电子和微技术宣布宣布,他们建立了一个能够效率30%的太阳能电池。只有一年后,一群来自乔治华盛顿大学的科学家和海军研究实验室宣布他们建造了一个能够效率44.5%的细胞。

或者采取Solsuntech.,基于NYC的启动,在几年内实现了33%的太阳能电池板效率。采用独特的几何方法,Solsuntech是使用3D面板的少数玩家之一,而不是平坦的球员。虽然三维硅晶片的结构显着增加其太阳能吸收表面积,但其波浪形状进一步允许再吸收相同的反射光。通过简单的工程解决方案,Solsuntech现在计划在该公司下一个融资之后开始建造100MW设施。

目前,由于所用材料的原因,这些高效电池和面板解决方案非常昂贵。然而,它们明显地表明,今天的商业技术还远远没有达到太阳能效率的上升极限。随着材料科学的突破降低成本,商业太阳能产品将越来越被废除和大众化,就像太阳能效率继续飙升一样。

一种需要考虑的材料就是钙钛矿:一种光敏晶体,也是我们最新的一种新材料。其转换效率的理论上限约为66%,相比之下,硅的转换效率为32%,而且其成分广泛可得,结合起来也不贵。据估计,钙钛矿电池板每瓦的成本约为10至20美分,而传统电池板为75美分。此外,硅是重的和刚性的,钙钛矿是薄的,灵活的,轻便的,使这些面板可以放置在任何想象的表面。

到目前为止,科学家们还使用了一种叫做硫氰酸胍的化合物来显著改善铅锡混合钙钛矿薄膜的结构和光电子性能。

一家公司最严重利用材料,串联光伏最近,该公司获得了240万美元的种子基金——这是一个不算太大但很有说服力的开端。此外,科学家们继续以惊人的速度发现材料缺陷和优化修饰的效率。

例如,例如,研究人员发现硅的材料缺陷负责太阳能电池板在前几个小时内经历的两个效率下降。随着太阳能电池的电子电荷在阳光存在下转化,电子流被捕获。反过来,这减少了可以生产的电力水平。

虽然看起来可以忽略不计,但回收光诱导降解(LID)造成的2%效率损失的潜力蕴藏着巨大的机遇。从另一个角度来看,全球所有太阳能电池板2%的效率提高所代表的能源比英国15座核电站加起来还要多。

这项对LID根源的突破性发现使科学家联盟更接近于重新获得这种能量。在宏观层面上,这些和类似的发现极大地加快了太阳能的商业可行性和发电潜力。

最后的想法

材料科学、电池技术和太阳能捕捉表面的飞速发展正在推动我们的太阳能丰富的未来。

作为网格功能能量存储技术继续迎头赶上,太阳能正加入许多可再生能源的行列,转变我们的能源经济。下周,我们将关注等式的后一部分:电池。

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