主页-【华人注册】丨主页，在上一篇文章里讲述了太阳能光伏技术现状，包括传统的硅片电池以及当下正在研发的，市场上主流的技术。新技术包括叠层/杂化，薄膜电池的钙钛矿研发以及PERC。
新的电池体系的出现使得效率更高。这种转变的主要驱动力是PERC电池技术的出现及其与它相关的工艺（如半切片电池）的兼容性。展望未来，市场上最重要的技术转移与双面电池和组件有关，这是由于越来越多的采用先进的电池体系结构和关注系统输出效率。
双面太阳能电池已经研发了几十年，其制造工艺可以被认为是当今最先进的太阳能组件之一。双面电池不仅能从正面接收的阳光中发电，还能从电池反面接收的反射的阳光中发电。目前中国仍然是最大的双面太阳能光伏板的制造商和终端市场。
世界范围内的需求也逐步提高，美国、巴西和英国等国家在大型地面光伏电站开始使用双面组件。根据当前的市场趋势，双面组件正在将其地理范围从欧洲和日本扩展到新兴市场和全球。
双面组件厂商通过采用推动双面技术蓬勃发展的PERC技术，短期内将位组件单面积上的发电效率提升了5–20%。根据太阳能系统研究所（ISE）的数据，基本上每个采用PERC技术的组件制造商都在研发双面技术，PERC扩张的越大，双面组件的扩张也就越大。
一种双面太阳能组件的产品是双玻组件，这些太阳能光伏板的太阳能电池片布置在两块玻璃之间。它们通常应用于大型地面集中光伏发电系统，并为恶劣环境（如高温、高湿度）提供实用的解决方案，因为它们对水分渗透不太敏感。这项技术已经开发了几十年，但其高昂的成本和重量一直是其发展的障碍。根据国际光伏技术路线图（ITRPV）数据，2018年双玻组件的份额仅为5%，预计该技术将在未来10年达到40%的份额。
在光伏组件内部，太阳能电池片通过串联互相连接。然而，这种互连会导致电池片中的光损耗，从而影响产品的可靠性。为了克服这一影响，各种制造设备和焊接技术一直在研发，如半切电池片、太阳能瓦和MBB（多母线）技术。
半切片电池是指用非常先进的激光器将一个完全加工的电池片切成两半。从制造角度来看，激光器只需稍作改动即可，这促使半片电池被各大制造商越来越多的采用。半片电池提高了组件性能和耐用性，可以提高5-6瓦（W）的功率。
由于集成了PERC，半切技术的效率高达18%，额定功率高达300W（2019数据）。
硅太阳能电池是用丝网印刷在电池片前后印刷银浆；这些被称为主栅线，用于传导电池产生的直流电（DC）。一代太阳能电池通常有两条主栅；随着行业发展和效率的提升，大多数太阳能电池的主栅线已增至三条（或更多）。
当前市场上的MBB组件有9主栅，12主栅等产品。主栅数量的增加有几个优点：
第三，优化主栅线宽度可进一步提高效率。由于主栅线之间的距离减少，降低了内阻损耗，主栅线数量越多，模块效率越高；
最后，MBB设计对双面技术非常有利，特别是对于90%的双面PERC电池。
太阳能瓦是一种太阳能解决方案，太阳能组件被设计成像传统的屋顶瓦片材料，同时还能发电。太阳能瓦有几个优点。
第三，与标准电池不同，太阳能瓦两端主栅将电池片划分成几片，减少了电流以及细栅（垂直于主栅的丝网印刷的超薄汇流条，收集电池片的电流将其输送至主栅）上的负荷。这还可以减少细栅的数量及其厚度，从而降低遮挡并提高电池的输出功率。
利用全球快速增长的太阳能光伏发电能力，一些研究项目或理论雏形影响着未来的市场增长，探索应用层面的创新太阳能技术。主要发展如下：
水面光伏是一个令人兴奋的新兴市场，具有快速增长的潜力。根据世界银行的一份报告，截至2018年9月底，全球水面光伏电站的累计装机容量为1.1吉瓦。
水面光伏的需求正在扩大，特别是在岛屿和其他土地受限的国家，因为水面成本通常低于土地成本。水面光伏特别适合土地较少但有许多水电站大坝和现有的输电基础设施的亚洲。毫不奇怪，世界排名前十的水面光伏电站位于亚洲，即中国、日本和韩国。特别是韩国已宣布，2020年将建成世界上最大的水面光伏电站，装机量为102.5兆瓦。其他亚洲国家，即新加坡、泰国、越南和印度，也在积极寻求开发水面太阳能项目。
欧洲对水面光伏有着巨大的潜力和需求——特别是在荷兰和法国。露天煤矿井有开发大规模光伏电站的潜力。例如，今天最大的水面光伏项目位于中国安徽省淮南市潘集区采煤塌陷区，6000多亩水面上，总装机容量150兆瓦，成为全球最大的水面漂浮光伏电站，上层水面可用于光伏发电，下层可用于水产养殖，不但极大提高了经济效益，也使塌陷区的水体也得到了净化和治理，造福在水一方的百姓。
水电站水库和其他人工水体也有巨大的潜力。随着大型光伏电站和电网连接稳定性越来越好，光伏与水电的耦合提供了显著的附加值。
例如，总部位于挪威的可再生能源巨头Statkraft宣布在阿尔巴尼亚建造一座2兆瓦的浮动式光伏发电厂。该公司正在使用一项创新技术，包括一个直径72米、可容纳500千瓦（kW）光伏的膜式漂浮装置。双玻组件安装在特殊轨道上，模块将与位于水面上的热膜（设计用于承受应力和阳光照射）持久接触。水面冷却膜式结构，膜式结构反过来冷却组件并使其产生更多能量。此外，通过覆盖水面，漂浮太阳能组件还可以减少蒸发，保护水质免受藻类过度生长的影响
然而，与任何新技术一样，需要克服几个工程难题。例如，系泊（或锚固）系统的设计必须能够承受波浪和疾风的强力，由于技术比较超前，系泊专家在将此类系统应用于浮动光伏发电厂方面的经验有限。因此，水面光伏装置总是在一定程度上随着风力的增加而移动。
建筑光伏一体化（BIPV）电池板也被称为太阳能瓦（见上文）。BIPV解决方案有几个优点。首先，作为集成解决方案适应各种表面（例如屋顶、窗户、墙壁），即有其他建筑材料的常用功能比如隔音，隔热，又可展现出新材料的独特功能—光伏发电，光伏组件可以产生可直接用于本建筑的可再生电力。BIPV系统独有的其他功能包括实时热调节或照明调节
第二，它们提供了一个经济高效的解决方案。它们能节约屋顶材料以降低成本，以及在人工/施工方面的潜在效率提升和缩短的工期（即屋顶和面板同时安装）。此外，BIPV可以降低现有建筑的翻新和装修成本，并能成为行之有效的商业案例。与传统的屋顶材料相比，BIPV的包覆层的价格要贵一些。虽然考虑到发电产生的额外收入，较高的成本仍然不能跟收益抵消。最后，其他优势包括尺寸、形状和颜色的设计灵活性和多功能性。
一个由欧盟资助的项目PVSITES目前正在开发新一代太阳能电池板，它可以作为屋顶、窗户和玻璃幕墙等传统房屋元素的一部分。该项目正在创建BIPV太阳能电池板以及建筑能源管理系统和建筑设计工具。其目的是将能源与良好的设计相结合，以创建性价比高的建筑。该项目还为建筑师开发设计软件工具，帮助他们更好地将这些新型光伏产品集成到设计中。
太阳能树的工作原理与真树非常相似，因为它们有叶子状的太阳能电池板，通过金属树枝连接，利用太阳光产生能量。太阳能树可以看作是屋顶太阳能系统的有益补充。它们比太阳能电池板更符合工程学，产生与平铺光伏电站相同的电量所需的空间少近100倍，因此可以作为土地和空间稀缺经济的解决方案。
如今，大多数海水淡化厂都使用化石燃料，可持续发展性不行。海水淡化行业生产饮用水的两种主要技术是基于薄膜程序（即反渗透、纳滤膜和电透析法）和热能（即多级闪急蒸馏法、多效蒸馏）。由于薄膜技术不需要热量，因此可以与风能和太阳能发电相结合。随着光伏设备成本的下降和海水淡化需求的增加，预计未来几年将有更多的光伏薄膜海水淡化厂。
然而，除了薄膜海水淡化技术可用光伏发电的外，还有热能淡化和膜脱淡化。热淡化技术需要热和电才能运行。太阳能技术，如聚光太阳能（CSP）和光伏热能（PV-T），在发电时可作为副产品提供所需热能。目前，在阿拉伯联合酋长国的阿里港正在建设第一个利用PV-T为多效蒸馏的海水淡化厂供电的示范试点项目。太阳能发电厂的设计使其产生足够的热能和电能，使海水淡化厂24小时离网运行。白天，多余的太阳能储存在热水箱中，电池在夜间为电厂供电。
光伏车棚是通过钢结构安装在地面上的光伏发电系统，利用停车场和停车位的上层空间形成多功能性的驻车发电和充电车棚。它们是传统屋顶光伏系统的一个有益补充，其优点是它们可以完全独立于屋顶角度、形状和房屋方向进行安装。除了为停放在下面的车辆遮风挡雨外，它们还可以高效地利用太阳能发电，从而提供许多好处。
首先，如果与设计良好的充电系统相结合，产生的电能可用于电动汽车充电，从而降低车辆运行成本。
第二，他们可以通过集成储能系统形成一个光储充一体化电站，将光伏电能的可利用时间延长至晚间或需要的时间段。
第三，与地面系统不同，它们易于定制，并且可以节省空间，因为它们不需要额外的结构或土地来安装。
光伏车棚安装正在稳步增加，有几个因素在推动增长。成本确实是一个重要因素，同时应用场景也被大多数人所接受，电动汽车的采用也在发挥关键作用。屋顶光伏和光伏车棚之间的价格差异继续缩小，在越来越多的市场中，它们正成为一个强大而有吸引力的投资方向。公用事业也在推动商业规模应用的增长，它们将分布式发电作为提高电网可靠性的一种方式。最后，节省空间是另一个重要方面，因为停车场可以更好地利用已经开发的土地，而不是使用空地。
太阳能光热系统将两种太阳能产生的能量集合再一起。它由太阳能光伏板和一个冷却系统组成，其中冷却剂（水或空气）在光伏板周围循环，以冷却太阳能电池，从而使离开光伏板的热水或空气可用于家庭供暖。这种用于光伏板的冷却系统有两个好处：它显著提高了光伏发电系统的效率，还能将光伏系统的热量收集起来，用于各种行业和应用中的空间、水和工艺加热。事实上，光伏组件通常使用15–20%的入射太阳能，而其余的能量则以热的形式流失。PV-T（太阳能光热系统）技术的目的是通过利用“损失”的能量加热空气或水，同时通过从电池板带走热量来冷却光伏电池，从而提高整体效率。
农光互补（APV）将太阳能光伏和农业结合在一起，在地面安装的太阳能电池板下种植作物。尽管这一概念很久以前就被提出了，但直到最近才引起人们的关注，几位研究人员证实了在太阳能电池板提供的阴影下种植作物的好处。其中包括更高的发电量、更高的作物产量和更少的用水。APV对农作物和太阳能电池板都是双赢的。许多类型的粮食作物，比如西红柿，在太阳能电池板的阴影下生长得更好，因为它们不受太阳直射，通过蒸腾作用减少水分损失，这也减少了水的使用，同时保持了相同的粮食生产水平。对于太阳能电池板的一个好处是其发电效率的提高，在下面种植作物可以降低面板的温度，因为下面的作物通过其自然蒸腾过程排放水分，从而使面板冷却。
欧洲最大的太阳能研究机构——德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（Fraunhofer ISE）于2015年启动农光一体研究项目APV—RESOLA，测试光伏板对冬小麦、芹菜、土豆等不同作物产量的影响。该项目位于德国康斯坦斯湖附近，由一个194千瓦的太阳能系统组成。项目结果表明，2018年土地利用效率提高，太阳能电池板下种植的四种作物中有三种作物的产量高于参考产量，这得益于太阳能电池板下的遮荫，这有助于它们更好地抵御2018年的干旱条件。该项目确认了APV在干旱地区特别是在发展中国家的适用性（考虑到2018年极端炎热和干燥的条件）；它还在继续研究APV在其他气候条件下以及在其他类型作物中的适用性。
运营和管理（O&M）系统是光伏电站的关键组成部分，因为它确保光伏系统在其使用寿命内能够保持较高稳定性能和经济性能。此外，运维阶段是光伏项目生命周期中最长的阶段，通常持续20-35年。因此，确保运维服务的质量对于降低潜在风险至关重要。
技术的改进和创新，包括更多大数据智慧的解决方案正变得越来越重要，因为它们有助于运维服务跟上市场需求。运维创新的重要趋势可分为两大类：1）智能光伏发电厂监控；2）光伏组件的防污涂层。
光伏市场的指数增长导致了大型电站的发展，这也增加了对更好的检查和监测工具的需求。在以前监测过程通过手动检查完成；然而，这些可以被智能系统所取代，比如无人机。因为它的远程监控能力和易操控的优势，无人机非常适合光伏行业。近几年来，他们因为比人工更高效的能力已经成为很多大型光伏园区的检测工具。借助于各种传感元件，无人机有效地捕获必要的数据，并以更短的时间和更准确的形式将其发送到云端进行分析。
光伏电站的发电量受到变化的天气导致的太阳辐射不稳定的限制。随着光伏越来越多地接入到电力网络中，这种发电的不稳定性需要制定相应的行业标准和法规，以确保原有电网的稳定和电力供需的平衡。因此，针对电网中的这部分比重越来越大且不稳定的电能，预测光伏发电量的能力必不可少。目前，针对不同地区的光伏电站的模拟模型和气象预测资源都是成熟的技术。能够将天气预报与光伏电站特征相匹配的算法被用于预测至少未来48小时内每小时的发电量。
在这种情况下，数据的即时采集和设备（即组件、逆变器、传感器等）之间通信程序的改进有助于光伏电站发电量预测、性能预期计算以及与电网的交流。太阳能监控系统确实是资产运营的关键组成部分；然而，这一过程通常很困难，主要是因为两个因素：首先是设备与云或数据中心基础设施之间的通信频繁故障。为了克服这一挑战，物联网（IoT）技术现下是光伏系统的有效解决方案，因为这是一个通用的平台，在该平台中，所有设备都相互连接到一个系统上。第二是所有通信设备使用的术语和程序语言缺乏适当的标准化。在这方面，整个光伏市场都在努力提高通信标准化，这将提高安全级别、通信选项和降低监控平台的成本。
监测系统的创新旨在提高识别导致电站性能不佳和故障的能力。这些创新包括单个电站和系统组合监控以及管理方面的进步，例如：
1）基于报警和性能数据等参数的自动化维护（预防性和应急）、干预管理和（重新）调度；
虽然在提高太阳能光伏的效率和最大化功率输出方面正在取得进展，但在满足保持太阳能光伏组件冷却的需要方面仍然存在困难，因为太阳能光伏组件的性能和寿命因太阳热量而降低。事实上，每超过环境温度10°C（约25°C），导致太阳能组件退化的化学反应就会加倍，导致其寿命缩短和电压降低。PV-T（太阳能光热系统）系统是目前最流行的光伏板冷却方法之一。其他技术包括广泛研究的水冷却，在世界各地作为有效的光伏冷却剂应用较少。尽管水在维持光伏组件温度平衡方面非常有效，但将水冷却系统纳入组件制造或安装增加了成本和复杂性。
其他方法包括在光伏组件上设置一层透明的二氧化硅涂层，以捕获红外线的热量并将其辐射回大气。这被发现能将电池的绝对效率提高1%以上。其他研究人员发现，通过包括红外线反射和辐射传递等在内的工艺，效率可以得到更大的提高。这个想法是在光线进入模块之前，反射组件不能使用的红外光波长（吸收后会让整个组件温度升高）。如果处理得当，这将导致温度下降约3℃。将辐射传输到天空或面板周围较冷的区域以提高太阳能组件效率具有一定发展前景。
定期清洗组件是光伏电站的常见做法，因为组件表面覆盖的灰尘会对其性能产生负面影响。例如，在大量降雨的情况下，灰尘会导致平均2%的发电损失，而在非降雨环境中，这种损失可能高达11%。在这种情况下，有几种防尘决方案。
首先，机器人面板清洁技术通过算法让清洁机器人沿着光伏方阵移动。机器人清洗策略需要大量的费用支出，但对于污染率高、供水不足和劳动力成本高的地区非常有效。他们大多部署在中东和北非，因为它们最适合频繁清洁，就像每周需要洗的衣服那样。
第二，洒水系统由高压水枪上水系统和清洗剂分配系统组成，主要用于非常干燥的区域，以保持面板清洁，具有与雨水相同的清洁效果。这确实是一个非常好的、经过测试的系统；然而，它有两个主要缺点：1）用水量大；2）需要不断监控上水系统和清洁剂水位，这既昂贵又耗时。
最后，防污涂层用于处理组件，使其不那么快变脏，同时更易于清洁，从而在更长时间内保持更高的性能水平。目前，各种防污涂料已经上市，同时也在开发新的解决方案，主要基于喷涂技术。
如果电站内外的植被没有得到适当控制，地面安装的光伏电站可能会受到遮挡而导致发电效率降低。这一领域的主要创新是在不使用杀虫剂或其他危险产品的情况下减少所需的维护。具体而言，这些措施包括：
1）在电站、组件下方和周边使用杂草控制织物，以帮助限制杂草生长。这些织物兼有土壤侵蚀控制和杂草控制的功能，从而最大限度地减少了对电站周边草地的维护需求。
尽管太阳能光伏发电发展迅速，前景光明，但即使是最好的太阳能电池板也会日落西山走到寿命的终点。随着全球光伏市场的增长，防止电池板退化和管理退役光伏电池板数量的需求也将增加。以下探讨了减少材料使用和组件退化的创新和替代方法，以及在光伏板寿命结束时重复使用和回收光伏板的机会。
循环经济的低碳框架和经典的废弃物再生利用（减少、再利用和再循环）也可应用于光伏组件。
最好的选择是通过减少材料用量来提高面板的效率。虽然材料组合没有发生重大变化，但由于强劲的市场增长、原材料短缺和光伏板价格下降，高效的大规模生产、材料替代和更高效的技术已经在发生。研究正在朝着减少有害物质的数量，以及减少每块面板的材料数量以节省成本的方向发展。光伏材料的可用性在短期内不是一个主要问题，尽管关键材料可能会在长期内施加限制。此外，更高的价格将改善回收活动的经济性，并推动对更高效的采矿过程的投资，如光伏制造工艺中实用的金属提取物（即银、铝、铜和锡）。光伏研发的重点是减少或替代用于太阳能光伏板的不同元素，即：碳硅板（玻璃、硅等）、CIGS板（玻璃、聚合物、铝等）和CdTe板（玻璃、聚合物、镍等）。
大多数光伏系统是在过去十年中安装的。如今，一个10年的面板的老化程度相当于其预期平均寿命30年的30%。如果在光伏板寿命的早期阶段发现缺陷和瑕疵，客户可以要求维修或更换，保险公司可能会参与赔偿部分或全部维修。
更换时，可以进行质量测试以检查电气安全和现有功率，例如绝缘测试和漏电测试，通过转售从面板中获取一些价值。修复后的光伏电池板也可以作为替代品或旧电池板以低于原售价70%的市场价格转售，部分修复后的电池板或组件可以在二手市场上出售。
光伏板的退役管理在很大程度上取决于其类型和尺寸。例如，分布式屋顶光伏系统相对小规模和高度分散性可能会增加拆卸、收集和运输过光伏组件的成本，而大规模地面电站的组件管理在后期进行回收处理更容易。目前，待回收处理的组件数量非常适中，这降低了一些光伏组件回收厂进入回收行业的经济激励。因此，报废的光伏板通常在现在的一般回收厂进行处理。
然而，从长远来看，建设专用光伏板回收厂可以提高处理能力，并通过更好的产出质量实现收入最大化，还可以提高有价值成分的回收率。光伏电池板的回收技术已经研究了15年，现在的主要挑战是跟上正在进行的电池和电池板创新，以可接受的成本获得最好的结果。
鉴于随着时间流逝待回收的光伏板数量的长，报废光伏板的管理以及相关的社会经济和环境效益值得研究。
释放原材料及其价值。从报废光伏板中提取二次原材料可以为该行业创造重要价值。光伏电池板的平均使用寿命为30年，它们积累了大量可回收原材料，在一段时间内无法回收。因此，回收的原材料可以重新注入市场，用于生产新的光伏板或其他产品，从而提高未来光伏供应的安全性。随着时间的推移，快速增长的电池板废料数量将刺激来自报废光伏电池板的二次原材料市场。
在光伏行业创造新的行业和就业机会。未来光伏组件回收管理系统的建立取决于行业内不同参与者之间的合作，如危废管理公司、公用事业公司、政府、生产商等等。光伏板回收产业有潜力开发出新的利润增长途径，并为不同利益相关者提供就业机会。同样，光伏回收行业从业人员也需要经过专门培训，具备特定的技能和知识。
