luda 聊聊跟你想的不一样的太阳能电池
一提起太阳能电池，很多人的第一印象可能不是环保，而是价格贵，高污染，因此我们长期接受的信息是，太阳能电池的生产过程能耗高，太阳能必须靠补贴才能活下去，投资太阳能必然亏本。
事实真是如此吗？让我们来看看太阳能电池的价格。
下图是PVinfoLink上统计国内外市场上太阳能电池4月1日的价格。国内多晶和单晶电池的电池片均价已经下降到0.85和0.88元/W，组件的均价是1.49和1.66元/W。
有些人不理解，太阳能电池为啥不是多少钱一块，或者多少钱一平米呢？许多同学对XX元/W不太了解，该怎么去理解这个价格呢。这里呢，其实主要是因为太阳能电池根据其发电能力进行售卖的，相应的根据其发电功率进行销售。因为单块电池电压低，所以应用的电池都是串联起来用的，实际市场价格都是按组件价格计算。我们就根据表中数据，以单晶PERC电池片~21.9%+158.75mm和组件为例子谈谈太阳能电池的发展现状。
首先，单晶多晶是根据所使用晶硅的类型来定的。一般来说，多晶电池成本低，但效率和寿命低于单晶电池，所以价格也比单晶电池便宜些。PERC是一种器件界面的处理技术，用于提高晶硅太阳能电池的效率，这里可以不管。21.9%呢，是指器件在标准AM1.5G光照下的转化效率为21.9%。这个AM1.5G是个人为规定的标准量，功率是100mW/cm2（1000W/m2）。也就是说一块1m2的太阳能电池，在标准关照下，能产生的最大功率为219W，相当于维持2个100W的白炽灯正常工作。
有小朋友会问，如果我买个一块1m2的太阳能电池，是不是一天就能按219W的功率发电呢？
答案显然不是。首先，光照的强度时不断变化的。受光照角度和大气中经过路径的影响，一般来说，早上的光照强度明显不如中午，阴天的明显不如晴天。同时，不同光照下太阳能电池的转化效率也会变化，晶硅太阳能电池因为使用的是间接带隙半导体，光电子跃迁需要额外的能量，弱光下的转化效率较差。
其次，光照角度是不断变化的。同一时间，直射时候辐照功率能力最强，但发电板如果不增加光照追踪器，工作时很难达到直射。另外，不同维度和海拔地区，每天每年得获得的光照能量也千差万别，一般来说，中纬度和高原地区光照能力比较强。我国根据年平均日照时间，分了不同类型的地区。比如，地处29.7度青藏高原的拉萨，每天的日照时长达6.7个标准光照时间（跟高原空气稀薄散射少有关），属于1类地区。
如果把这个能量换算成年总能量，看清楚看出不同地区的差别，直接计算出最大可转换电量。如，西藏西部地区的年日照时数为3200-3300小时，辐照总量为160-200 Kcal/cm2，约670-837KJ/cm2。按上面单晶PERC电池的的转换效率来算，每平方厘米最多可以发147~183KJ电量，换算成度数是0.041~0.051度。一块有效面积1平米的太阳能电池，发电功率是219W，则该地区全年最多可发410~510度电。因为太阳能发电板实际上是多块电池串联而成的组件，消费者购买的都是按组件价格购买。因此，消费者如果要购买有效面积1平米的电池，相当于购买219瓦的组件。如果按组件的均价1.66元/W计算，购买这块太阳能电池按批发价需368元。
368元的太阳能发电板，在西藏西部一年能发410-510度电，按民用电价0.5元/度计算，相当于一年产生205~255元的收益，相当于一年半主要就能把成本收回来。肯定有人觉得，这个价格非常诱人啊。但是，不是这样的！为什么呢？至少有以下因素需要考虑。
首先，无法保证发电板正对阳光。我们知道，地球围绕太阳公转，同时自传。因此，每天的光照角度，每个季度的光照角度都不一样。要保证始终始终正对着太阳能照射，需额外增加太阳光追踪器（需额外增加投资）。因此，实际光电转化效率综合起来需要打一个折扣。
其次，非正午时间导致发电板光电转效率下降。非正午时间光照强度不够，发电板效率达不到21.9%。因此，实际应用场景，光电转化效率综合起来需打第二个折扣。
另外，发电板最大功率的实现需要外部负载的匹配。只有最佳工作点，才能实现电池的最大转换输出。如果直接接负载，很难达到最大功率输出。实现最大的功率的输出，组件需要增加个最大功率点追踪器（MPPT），需要增加额外的投资。因此，光电转化效率综合起来需打第三个折扣。
此外，最大功率的实现还跟温度有关。低温和高温下转换效率均会下降，实际应用场景难以保障25度的温度。这样，我们还需要对发电板的转换效率做第四次折算。
此外，大多数地区的光照难以达到西藏的时长。刚才我们提到的西藏西北地区，是我国光照条件最好的地区。而其他地区的应用，像福建广东，光照只有西藏西部的3/4不到。因此，我们在应用中还要对转化再做第5次折算。
如果是内地的小朋友，经过这五次折算下来，我们估算下，这1平米的219W的电板发电量打个5折，投资至少翻1.5倍。也就是说，光伏发电设备投资552元，年发电205~255度，按民电价格收回成本大概需要5年，这个回报周期并不长。显然，从这个角度说，光伏发电的成本没有想象中的那么夸张。
但是我们需要注意的是，光伏发电只在白天工作，而很多用电的场景并非即发即用。因此，光伏发电如果不上网，一般需要配套储能设备，这需要额外增加储能的投资。以1000W的电板每天发3度电来计算，需配套3千瓦时的储能设备（3度）。有兴趣的小朋友可以淘宝下，储能的投资比发电板本身更大，从纯发电的角度来说，显然不划算。如果是上网，需增加上网设备。
那么普通人光伏发电是不是不可投资？如果普通人买来仅仅是用于家庭用电，我认为是不划算的。因为家庭用电的时间段跟发电时间不一致，光伏发电目前需要较高的储能设备投资，是制约其发展的重要因素。
推广光伏发电，更应该从综合效益和应用场景来看。光伏发电目前最适合的是分布式用电需求，如车载移动电源、边远山区、边防哨所、路灯等等，可以减少铺线成本，以及辅助性的工业用电。
比如，我国新能源汽车快速发展，但存在续航不够充电不方面的担忧，将光伏发电作为新能源汽车的辅助能源，我认为是可行的。
对于大型工厂和公用设施白天用电，利用顶棚安装电板发电即发即用，同时降低厂区温度，我认为也是值得推广的。
对于家庭用电，如果独立庭院，光伏发电能有效降低光照对建筑的直射加热，降低夏季室内温度。渔业方面，利用光伏发电给水体降温增氧，我觉得也是不错的选择。
值得一提的是，我国光照充足地区大多数为戈壁或植被较少的西藏，宁夏和新疆一带。这些地区昼夜温差大，存在较大的沙漠化压力。太阳能电板的放置可以有效降低日照对地面破坏以风沙迁移，防止风化沙化，在这些地区具有良好的生态效应。但这些地区的用电需求较少，迫切需要发展特高压输送到东部沿海省份。
过去十年随着技术进步和产业链完善，太阳能电池效率不断提高，价格快速下降，现价格已经不到2010年的1/9。我们有理由相信，未来几年，平价的光伏发电将走进千家万户。