光学和光子学

太阳能电池如何削弱煤炭?

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-11-02 16:51

马丁格林 (Martin Green) 悉尼新南威尔士大学的科学教授,澳大利亚高级光伏中心主任与安娜德明(Anna Demming)谈了过去三十年来太阳能电池在物理和政治方面的发展,这些发展有助于和阻碍了光伏发电能源供应商最终超过化石燃料。 马丁格林(Martin Green)介绍了导致光伏发电最终削减煤炭能源消耗的发展。 在最

  马丁·格林 (Martin Green) – 悉尼新南威尔士大学的科学教授,澳大利亚高级光伏中心主任–与安娜·德明(Anna Demming)谈了过去三十年来太阳能电池在物理和政治方面的发展,这些发展有助于和阻碍了光伏发电能源供应商最终超过化石燃料。

  

太阳能电池如何削弱煤炭?

 

  马丁·格林(Martin Green)介绍了导致光伏发电最终削减煤炭能源消耗的发展。

  在最近的一篇观点文章中,您重点介绍了未来十年内全球光伏每年可能产生的兆瓦电量。每年兆瓦的重要性是什么?

  世界每年排放400亿吨CO 2,但我们认为最高预算为8000亿吨。因此,如果以线性方式进行削减,您有40年的时间要削减400亿吨–每年10亿吨。如果您要替代发电中的煤炭或运输中的石油,那么光伏发电的1太瓦特每年将减少约10.5亿吨的CO 2。因此,只要不替换这两个组成部分,太阳能将使您走上这条轨迹,这两个组成部分占总CO 2预算的很大一部分。

  一旦将所有煤炭从发电和石油中转移出来,您就必须开始取代工业流程和类似过程中的碳排放,这虽然更具挑战性,但是您还有一点时间去做。

  您是如何开始太阳能电池研究的?

  我在六十年代后期获得了电子工程学士学位。微电子学是一个非常令人兴奋的领域,因为它们才刚刚开始在芯片上放置多个晶体管之类的东西。但是我对这个领域感到失望,因为我错过了整个计算机革命以及随后的微电子学的一切,然后我意识到我的培训将使我处于从事光伏技术的有利位置。大约在70年代实行石油禁运之时,新的能源吸引了更多的兴趣。

  在获得博士学位的加拿大博士学位期间,我开始研究隧道结构。该结构具有通过绝缘体与半导体隔离的金属,这在微电子学中是很常见的结构,除了此处的绝缘体非常薄之外,电子可以通过它隧穿。我的论文正在研究您可以在哪种类型的微电子应用中使用这种结构,但是仅在半导体表面上使用绝缘体可以改善半导体的表面性能。事实证明,这阻碍了太阳能电池的性能。

  是什么帮助您在该领域建立了如此成功的团队?

  研究该第一结构为我们提供了改善电池性能的独特方法。那时我们是一个很小的团体,但是我们获得了世界纪录的电压,比70年代后期得到慷慨支持的其他团体要好。当吉米·卡特(Jimmy Carter)担任总裁时,即使将美元贬值的折价折合成美元,实际上用于美国的光伏研究的资金也要比现在多。

  我们能够按照澳大利亚的标准成立一个相当大的小组,但是在1983年,我们在电池性能方面获得了我们的第一项世界纪录。在太阳能电池领域,这些不仅仅是您要测量的东西,您还可以将其发送到公认的测试中心,并在那里确认其性能,以使结果不会引起争议。这有助于获得研究经费,因为这是每个人都能理解的可量化的东西。

  1983年已经很久了–很难保持这种势头吗?

  在卡特(Carter)之后,里根(Reagan)上台执政,他不喜欢与可再生能源有任何关系,因此他只是放弃了所有计划,而我们所有美国竞争者都一一消失了。我们设法在1980年代之前一直维持资金,直到1986年切尔诺贝利。然后,这激发了人们对替代能源的兴趣,尤其是在欧洲。

  从70年代到80年代后期,我们一直保持着连续性,这在其他国家是没有的。在全球范围内,大概只有三个小组以相当大的规模计划保持了这种连续性,而这三个小组在当今的太阳能研究中可能是全球范围内最受重视的小组。在此期间,我们一直在提高电池性能并创造新的世界效率记录,这再次有利于我们在这里的资金投入,并保持了我们的积极性。

  也有非常好的学生,因为在80年代澳大利亚,奖学金的津贴很低,以此类推,所以只有那些真正致力于他们想要研究的领域的人才能进行研究生研究。在太阳能领域,我们吸引了一些非常有进取心和高素质的学生进入我们的课程。这也帮助我们取得了进步,拥有如此强大的一群人。

  

太阳能电池如何削弱煤炭?

 

  太阳能产业研究中心入口处的马丁·格林(Martin Green),负责向产业转移技术并为制造商提供设备评估。

  哪些关键突破有助于提高太阳能电池效率?

  在太阳能电池中,光会在材料内产生激发电子,但是它们通常在几微秒内弛豫回基态。因此,您很快就可以收集它们或从细胞中提取它们。当由光产生的电子的速率平衡了它们向后放松的速率时,您将从电池获得最大电压,并且当您增加电池的电压时,它们开始更快地向后放松。如果您的表面不好,它们会更快地向后放松。

  我们的关键突破是被钝化的发射极和后电池,即PERC电池。我第一次绘制PERC电池是在1983年。在该区域进行钝化意味着–减少了电子活动,因此阻止了激发的载流子向后放松。隧道结构使我们能够控制在电池表面发生的事情。太阳能电池使用最初为晶体管开发的术语。因此,发射极是单元的顶部区域。因此,这意味着我们固定了单元两侧的表面。我们固定了顶部,并于1988年制造出了第一款高效PERC太阳能电池。这是我们第一次成功实现两面的正确钝化,这是2008年使我们达到25%效率的工具。记录PERC单元。

  这些PERC电池对工业产生了什么影响?

  到去年年底,全球制造业太阳能电池产能中占PERC的比例为60%,所有产能都在这一年上线。去年生产的产品中只有35-40%是PERC,因此这将是它成为商业化使用的主导技术的第一年。

  以前的技术在此之前已经使用了40年,因此,这在行业中是一个巨大的变化,它确实在效率上有所提升。与变革相关的一轮创造力确实非常惊人。

  是什么导致当前技术持续了这么长时间?

  标准技术正在逐步改进,但随后每个人都可以看到我们的移动空间已耗尽。因此,一些公司开始研究PERC技术,并开始在单元明显更好的地方产生结果,依此类推。然后整个行业都转移到了这项新技术上。过渡只发生了五年。当行业决定时,改变的时机可能很快。

  诸如后接触结构的其他高效方法具有额外的复杂性,因为它们需要与传统使用的硅晶片不同类型的硅晶片。这就增加了PERC单元所没有的其他障碍,因此过渡可能需要一点时间,因为所有供应链都需要重新调整。因此,我非常有信心PERC将会统治10年。但是到最后,人们将达到我们25%的效率,甚至可能更高,他们将寻找提高27%效率的方法。

  就市场达到一年兆瓦而言,储能是否是一个问题?

  开发存储至关重要,但是锂离子电池的成本下降速度几乎与光伏电池一样快-每年减少约20%。因此,这非常及时。

  储能技术争投资

  在澳大利亚,现在对抽水蓄能有很多兴趣。我现在在ANU的一名前学生(Andrew Blakers)一直在研究偏流抽水电,您可以在山顶和山底造一个游泳池,然后向山上抽水–您不依赖河流,水坝之类的东西。他在澳大利亚确定了22,000个合适的地点,可以将基本上所有澳大利亚的电力存储一天或更长时间。而且,他认为您只需要22。

  现在,他将研究范围扩展到整个世界,发现了数十万个可以放置这种类型存储的站点。世界各地已经有许多这样的工作系统,并且比标准环境更简单,更环保。抽水系统。传统上,这是过去存储电能的方式,它仍然是存储大量电能的最便宜的方式。

  那么世界末日不就近了吗?

  光伏成本的降低非常迅速,实际上是在最近十年中。现在,我们的许多电网公用事业公司正在根据购电协议购买太阳能–有人只是想在20年内以预定的价格或类似的价格供电。从2016年开始,太阳能供应的一些出价确实非常低。对我而言,那确实是一个转折点。一旦您看到这些太阳能供应的竞标价格大大降低了正常的发电成本,您就意识到与传统供应商相比,它更具竞争优势。

  传统的做事方式,例如用煤发电,已经变得非常便宜,但是如果您看一下这个过程,那实际上是一个非常复杂的过程,涉及多个阶段。这只是技术锁定的一个例子-如此精密,以至于成本变得便宜,难以流离失所,但是由于试图控制CO 2排放而产生的额外动力,太阳能技术已被推上舞台。从两种不同技术的预期成本来看,它现在正在反映事物的自然顺序。

  在澳大利亚的批发水平上,我们的发电量仅占GDP的1%;在零售方面,大约占GDP的3%,考虑到它占CO 2排放量的30%以上,这是很小的。因此,它在政治上产生了不成比例的影响。在澳大利亚,我们在此问题上已经失去了大约五位总理。幸运的是,现在的经济状况非常好,真正地偏爱太阳能。我认为,尽管目前有一群政治家希望,但澳大利亚的煤炭生产将逐步淘汰。

转载请注明出处。

1.本站遵循行业规范,任何转载的稿件都会明确标注作者和来源;2.本站的原创文章,请转载时务必注明文章作者和来源,不尊重原创的行为我们将追究责任;3.作者投稿可能会经我们编辑修改或补充。转载请注明seohttp://www.swlxs.com