太陽能熱發電：是將太陽能轉換為熱能，透過熱功轉換過程發電的系統。而全球太陽能供電正在迅速增長，如今的太陽能裝機容量幾乎是10年前的10倍。帶來這種繁榮的是太陽能光伏（PV）板，它使用半導體將陽光轉變為電力。
首個公用電力規模的太陽熱能廠建於20世紀80年代。如今，全世界範圍內執行的專案接近120個，其中西班牙聲稱佔總裝機容量的1/3以上。不過近年來，在光伏太陽能板的成本迅速下降的過程中，太陽能光熱發電的發展陷入停滯。然而，由於各國政府的相繼扶持，太陽能發電似乎又將迎來一輪新的“井噴”
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優勢明顯
太陽能熱發電由於配置了大容量、安全環保的熔鹽儲能系統，能夠克服太陽能自身的間歇性和不穩定性，實現長週期連續發電，可以承擔基礎電力負荷，是新型電力系統中的中流砥柱和壓艙石。目前，我國首個大型商業化太陽能光熱示範電站——中廣核德令哈50MW槽式電站自2021年9月19日至2022年1月4日，機組已經連續執行107天，重新整理了2020年最長連續執行32.2天的紀錄，在國內外處於領先地位。這充分說明了儲熱型太陽能熱發電“不看天吃飯”的巨大優勢。
根據太陽能光熱產業技術創新戰略聯盟統計，截至2021年底，全球太陽能熱發電累計裝機容量達到6.8GW，我國太陽能熱發電累計裝機容量為538MW（含MW級以上規模的發電系統）。其中，槽式、塔式、線性菲涅耳（簡稱線菲）技術裝機在全球主要國家和地區的佔比為76%，20%和4%。我國太陽能熱發電裝機容量中，塔式技術路線佔比約60%，槽式技術約28%，線菲技術約12%。
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讓美國羨慕的空間太陽能
我們都知道，電能是空間站的生命力,整個空間站的技術設計將取決於電源系統發電和配電方面的設計方案。很多人很好奇，中國天宮空間站重達90噸，空間站那麼大，啥電池帶得動？這就是天宮空間站的黑科技——柔性砷化鎵太陽能電池。
太陽能電池的發現是人類能源史上的一次革命，發展前景十分廣闊。III-V族半導體材料是繼鍺(Ge)和矽(Si)材料之後發展起來的一類重要太陽能電池材料，這類材料有許多優點，如具有直接帶隙的能帶結構，光吸收係數大，只需幾微米的厚度就能充分吸收太陽光等。而砷化鎵是III-V族半導體材料的典型代表，禁頻寬度Eg是1.43eV，（理論計算表明，當Eg在1.2~1.6eV範圍時，轉換效率最高）與太陽光譜匹配，是理想的太陽能電池材料。
和矽材料太陽能電池相比，砷化鎵太陽能電池具有更高的光電轉換效率，砷化鎵太陽能電池有單結型、雙結型和三結型，其中三結砷化鎵太陽能電池光電轉換效率可以達到50%以上，遠遠高於Si太陽能電池的最高理論效率23%。
而且砷化鎵材料太陽能電池具有明顯的優勢，在可見光範圍內，砷化鎵材料的光吸收係數遠高於Si材料。同樣吸收95%的太陽光，砷化鎵太陽能電池只需5～10μm的厚度，而矽太陽能電池則需大於150μm。因此，砷化鎵太陽能電池能製成薄膜結構，質量大幅減小。而我國正是採用的三結砷化鎵太陽能電池組成的太陽能光伏發電系統，它由4對太陽翼帆板組成，放置在實驗艙末端的桁架上。
中國採用的三結砷化鎵太陽能電池還是柔性電池，這是三結砷化鎵太陽能電池在全球首次使用。由三結砷化鎵太陽能電池組成的柔性太陽電池翼，功率重量比高，光電轉換效率可達30%以上，供電功率甚至能夠達到100千瓦左右。
很多人對這個沒有概念，國際空間站這個400噸的大胖子，三個實驗艙，僅僅31個科研機櫃；而兩個巨大桁架上的4對太陽能電池板，供電功率僅有90千瓦，而且還必須外掛散熱片才可以，這也意味著中國天宮空間站供電能力反超國際空間站。
儘管發電能力可提高1倍，但柔性翼收攏體積則減少了20%，柔性翼雙翼展開面積可達134平方米，全部收攏後只有一本書的厚度，僅為剛性太陽翼的1/15，大幅擴大了空間站各艙段的有效空間，提升了安裝載荷能力，滿足空間站各項科學試驗需求。
中國空間太陽能電池
國際上只有中國、美國、日本等少數幾個國家真正開展空間太陽能電站地面驗證。而在我國，有多隻團隊也在緊鑼密鼓地開展相關試驗。在太空中建設太陽能電站，聽起來很科幻，現實同樣不容易。早在2010年8月，在中國空間技術研究院舉辦的空間太陽能電站技術研討會上，12位院士和百餘位相關領域專家提出了我國空間太陽能電站發展路線圖。
根據路線圖，2030年開始我國將建設兆瓦級小型空間太陽能試驗電站，到2050年具備建設吉瓦級商業空間太陽能電站的能力。其中第一階段又具體分三步，首先開展關鍵技術的地面及浮空器試驗驗證，其次開展高空超高壓發電輸電驗證，最終開展空間無線傳能試驗。
目前只是概念？？？
其實，研究建設空間太陽能電站的國家不僅只有中國，這一概念最早由美國科學家在1968年提出。所謂空間太陽能電站，就是在空間將太陽能轉化為電能，再透過無線能量傳輸方式傳到地面的電力系統。之所以提出建設空間太陽能電站，因為人類對新型清潔能源需求變得越來越迫切。但在新型清潔能源中，核能因其具有高風險性從而爭議不斷，風能、水能的穩定性又會受到季節和地理位置的影響。太陽能由於具有總量巨大，且具有取之不盡的優勢，可成為未來能源供給的支柱。
相比於地面太陽能電站，空間太陽能電站不受大氣衰減、季節晝夜變化及地理位置的影響。在西北地區，一平方米太陽能電池可產生0.4千瓦電，而在日照較少的重慶，僅產生0.1千瓦電。但在距離地球表面約3.6萬公里的地球同步軌道上，發電功率可達10~14千瓦。早在20世紀70年代和90年代，國際上分別發生幾次能源危機，美國繼而開始資助空間太陽能電站研究專案，並相繼提出多個方案。日本從20世紀80年代開始研究，計劃在2030年完成1吉瓦商業執行系統的技術線路圖。空間太陽能電站未來可以成為軌道中的“太空充電樁”。
飽受爭議的空間太陽能
實際上，空間太陽能電站概念自提出以來就飽受爭議，具體表現在技術、成本、安全上。早在2011年，國際宇航科學院釋出首份空間太陽能電站可行性和前景分析的國際評估報告。報告樂觀地估計，空間太陽能電站不僅在技術上可行，且在未來30年內也在經濟上可行。但就目前來看，技術上是否可行，科學界還存在質疑。空間太陽能電站是一個非常龐大的系統工程，其重量、尺度方面遠超現有航天設施，因此人們將其稱為航天和能源領域的“曼哈頓工程”。例如，即使一個小型的兆瓦級空間太陽能電站的重量，就比現在的國際空間站要大，再考慮到發射所需要的大型運輸火箭、在軌組裝難度等方面不可同日而語。
光伏儲能未來可期
光伏發電系統根據是否併網可分為併網式光伏發電系統和獨立式光伏發電系統。併網式光伏發電系統主要是指接入電網執行、接受電網排程的光伏系統，如各種集中式或者分散式的光伏電站。獨立式光伏發電系統主要是指各種獨立於電網執行的光伏發電系統，如太陽能路燈、農村戶用光伏電源等。
儲能系統作為一種儲存電能的行之有效的方式，可分為機械儲能、蓄電池儲能、電磁儲能和相變儲能四類。而其中只是光伏儲能系統，就分為不同的種類~
1）平滑輸出
光伏發電是太陽能轉換為電能的過程，其輸出功率受到太陽輻射強度、溫度等環境因素的影響而劇烈變化，此外由於光伏電力輸出為直流電流，需要經過逆變器轉換為交流電後接入電網，在逆變過程中會產生諧波。光伏電力功率的不穩定和諧波的存在使得光伏電力的接入將會對電網造成衝擊。因此併網式光伏發電系統中配置儲能的一個重要目的就是平滑光伏電力輸出，提升光伏電力質量。 儲能系統的容量由併網平滑策略所決定，而儲能功率一般由平滑目標所決定。基於儲能系統的光伏併網平滑策略目前主要有定時間常數低通濾波平滑策略、模糊控制/SOC（儲能電池荷電狀態）平滑策略、光伏發電功率預測平滑策略等。低通濾波平滑策略平滑效果一般，但控制簡單、成本較低，是目前應用前景較為廣闊的控制策略。
2）電力調峰
光伏電力併網後，需要接受電網排程，但其電力輸出峰值階段與電網負荷峰值階段並不一致，加之電力市場峰谷電價因素影響，利用儲能系統實現光伏發電在時間座標上的平移，使光伏電力參與電網調峰也是目前光伏儲能系統研究熱點之一。透過電力調峰，可提升光伏電力在電網中的接入能力和光伏電力的經濟性。此種配置方式的儲能系統容量一般較大，且儲能系統成本較高且不合理的充放電控制將嚴重損害儲能系統壽命，因此目前對於配置在電網側的集中式儲能系統容量、功率配置是由電網調峰要求、儲能充放電控制策略、儲能成本等因素共同決定。
3）微電網應用
微電網是為了推進可再生能源利用而提出的一種新型電網結構，具體是由可再生能源、儲能系統和負荷組成的區域型電網形式，作為獨立的整體，既可以併網執行，也可以在離網狀態下孤島執行。作為微網組成單元的儲能系統是微電網中的能源緩衝環節，對微電網起著提高控制穩定性、提升微電網電能質量、維持微網的功率平衡、改善微電網抗干擾能力等重要作用。此外，微電網中的儲能系統在電網供電中斷的情況下還可作應急備用。配置在微電網中的儲能系統一般與可再生能源發電系統並聯配置，並具有獨立的儲能管理系統（如電池控制系統，BESS），其執行模式隨微網執行模式（離網/併網）變化。儲能電池的容量與功率配置取決於不同的微電網構成及執行模式，也受到儲能系統執行模式的制約。微電網中儲能系統的配置和控制策略是目前微電網相關研究的熱點。
獨立式光伏儲能系統
獨立式光伏系統是相對於併網式光伏系統而言，指不接入電網而獨立執行的光伏系統。目前應用較為廣泛的獨立式系統諸如太陽能路燈、太陽能移動電源等，其光伏發電輸出和負荷電力消納不在同一個時間段，同時光伏發電輸出並不能總是滿足負荷要求，因此在獨立式光伏發電系統總配置儲能式有效提升光伏電力輸出利用、增強系統穩定性的有效手段，同時儲能系統還具有為負荷提供啟動電流、鉗制電壓等的作用。目前廣泛應用的獨立式光伏系統一般由光伏發電、控制/逆變器以及儲能三個部分構成。
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目前已經商業化生產並應用的獨立式光伏系統中一般採用蓄電池作為儲能裝置。目前光伏元件和控制/逆變器的壽命均能達到十年以上，但蓄電池的使用壽命僅在6~7年，同時蓄電池的成本可佔整個系統的25%以上，因此目前在獨立式光伏系統中儲能的配置和控制目標為儘可能延長電池使用壽命，降低系統成本。
光儲充一體化
隨著電動汽車行業的發展和普及，電動車充電業務也被帶動起來。常規的家用充電系統以交流充為主，充電功率較小。電力來源以交流大電網為主。近年來，以新能源支援充電的應用模式也越來越多。在光伏儲能系統中，增加電動車充電的功能，將充電系統直接接入光伏儲能系統，可以有效降低用電量。另外，由於家庭最大用電功率的限制，家庭光儲充系統更有機會提高充電速度和安全性。家用光儲應用場景很多，以上只是列舉今年應用熱度較高的幾個模式。根據現在市場的發展，能夠預見，未來會有更多應用場景和應用模式出現。此次首個光伏儲能實證實驗平臺的正式執行，也代表著我們在光伏儲能的探索之路上又邁進了一步。
番外常識：關於光伏太陽能的鍍膜難題
鈣鈦礦型太陽能電池（perovskite solar cells）：是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池，屬於第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池。作為一種人工合成材料，在 2009 年首次被嘗試應用於光伏發電領域後，因為效能優異、成本低廉、商業價值巨大，近年來，全球頂尖科研機構和大型跨國公司，如牛津大學、瑞士洛桑聯邦理工學院、日本松下、夏普、東芝等都投入了大量人力物力，力爭早日實現量產。
近年來，中國某鈣鈦礦小組將轉換效率提升至 17.9%，穩態輸出效率達 17.3%，再一次證明了中國科學家在鈣鈦礦領域的技術領先優勢。然而實際上，大部分太陽能電池無論材質如何在生產中都面臨著同樣的問題如何在電池表面進行鍍膜工序。目前所有的技術方法，都不能很好的解決鍍膜膜層均勻性的問題。噴塗法鍍膜過程中，噴中心鍍膜液富集多，造成花斑；表面刻蝕法因壓花玻璃表面成分難以均一，導致刻蝕反應的速度不一致造成膜厚不均勻；即使均勻性輥塗法，受制於玻璃厚薄差、輥道傳輸抖動等多種因素的制約，也難以達到高精度的一致性。在鍍膜均勻性無法進一步提高的情況下，其結果一方面造成元件的色差影響外觀，另一方面由於鍍膜玻璃各區域透光率不一致造成熱斑效應，影響元件的耐久性。
針對這一問題，在製備太陽能電池時，就需要使用真空鍍膜手套箱：由真空鍍膜系統和真空手套箱系統整合而成，可在高真空蒸鍍腔室中完成薄膜蒸鍍，並在手套箱高純惰性氣體氛圍下進行樣品的存放、製備以及蒸鍍後樣品的檢測。在手套箱氮氣環境裡裡旋塗鈣鈦礦前驅液，避免接觸水和空氣，可以直接透過連線藏艙將製備好的鈣鈦礦電池傳到蒸發艙裡，蒸發電極，全程實驗都可以做到無水無氧的環境下操作。
碳中和，清潔能源
隨著一系列的國家規劃
相信未來的光伏能源也將會有更大的發展前景
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