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低能量密度:光伏的弱点 还是优势

来源:未知 作者:admin 2015/08/15 10:10
  本文想重点谈谈光伏等新能源的一个弱点,能量密度低的问题,还是以光伏为例,因为光伏发电的这个缺点最明显。
 
  能量密度,指单位能源介质能够释放出的能量,这个单位可以是单位重量、单位体积,或者单位面积。例如,讨论煤炭的时候,我们所说的热值,就是单位重量所能够释放的能量,通常以“热值”来表示。而对于石油或天然气等流体,既可以用重量(每克多少千卡),也可以用单位体积的能量来表示,如对于天然气通常以每立方米多少千卡热量来表示。
 
  传统能源的能量密度是很高的,例如,一车厢煤炭能够让火车跑数千公里,能够发出20万度电,足够满足1万个家庭一天的用电需求。汽车加满一箱油,能够跑七八百公里,这就是能量密度高的好处。能量密度高,还使得传统能源便于储存和运输,无论是煤仓还是储罐,一个几十亩的地方,就能够储存供几十万户居民一个月的能源消费所需的煤炭和石油。
 
  光伏发电的能量密度低,不是光伏发电组件的问题,而是阳光照射到地上的能量密度就很低,由于接受光照是按照面积计算的,因而光伏发电的能量密度也以单位面积计算。晴天的中午,照射到地面上每平方米的阳光的总能量功率大约是1千瓦,如果光伏发电的转换效率按照20%计算,那么,每平方米光伏组件的功率就是200瓦。如果按照现代城市家庭每户5KW的用电功率计算,1万户的家庭用电,需要25万平方米的光伏组件,如果考虑到每天光伏发电的小时数,这个面积可能还要大上两到三倍,也就是一到两平方公里的光伏电站才能满足1万户的家庭用电。
 
  与石油煤炭相比,光伏的能量密度低似乎的确是一个缺点。但是,如果我们看看电力的用户,就会发现,除了大型工厂和设施以外,绝大多数的电力用户其实需要的能量密度并不高。以居民为例,按照前面每户5KW的功率计算,采用光伏发电大约需要25平米的光伏组件,占有约50平方米左右的屋顶面积,这是绝大多数居民的房屋都能够满足的。而大多数电子、机械、电子工厂,假如厂房的面积是5000平方米,屋顶的光伏组件将能够提供800K的电力(考虑了维护通道),这样的功率在大部分的情况下,能够满足该屋顶下的车间里的设备生产和人员办公的用电。而农村和城镇,由于建筑高度不大,相对用电功率不大,光伏发电的能量密度更加不是问题。至于农业生产、油田、矿山、野外基地、哨所等地方,光伏发电的能量密度简直是由大自然(另一个名字叫上帝)为这些场合量身定做的。
 
  真正需要高能量密度的,只有高层建筑、冶金、化工等高载能工业项目。从建筑物或者工业设施的数量上来说,他们所占的比重并不大。
 
  因此,光伏发电的能量密度低,与大部分电力用户的能量密度分布情况是一致的。因此,应当说,除了那些高载能的工厂需要传统的化石能源来用于供电外,对于大多数的居民、城镇、乡村、农业生产、野外设施的供电来说,光伏发电与电力用户的需求的能量密度反而更加匹配,更加合适。
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