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我國建成全球首個熊貓型光伏電站，美國卻……

2021/12/25

出品：科普

製作：山夕團隊李嘉欣

監製：科學院計算機網路信息中心

能源緊缺、環境污染、氣候變暖等問題的加劇，以及經濟可持續發展的迫切需求使新能源開發和利用有了空前的意義。相比於風能，太陽能覆蓋範圍更廣，產出較穩定，應用類型靈活多樣，所以，各國都積極探索太陽能發電。然而，人們在利用太陽能發電時卻不總是產生正面效果。

最近，美國艾文帕太陽能發電站就出現了令人意想不到的事。該發電站因不合理的設計，使其反射鏡產生的高溫致上千隻鳥死於非命，或被灼傷致死，或直接被高溫焚化。

「心疼！」

這種現象不是第一次產生，也不會是最後一次。除非這個太陽能發電站改進其技術，才有可能讓鳥類和昆蟲安全經過這片沙漠。

而同樣利用太陽能發電，我國則正享受到太陽能發電的便利之處。就在7月7日，建成了世界上首個熊貓外型的太陽能光伏發電站，且已開始併網發電。該電站全部投入使用后，能在25年內提供32億千瓦時的綠色電力，相當於節約煤炭105.6萬噸，減少二氧化碳排放270萬噸。

此外，屋頂太陽能的裝機容量將在2017年達到700萬千瓦至800萬千瓦，普通人家不但能使用這些電力，還能將剩餘的電力賣給電網。

為什麼同樣是太陽能發電，卻帶來不同的結果呢？因為二者採用不同的技術。

聚光太陽能發電：我不是故意殺死小鳥的！

艾文帕太陽能發電站通過30萬塊電腦控制的反射鏡，將陽光聚集到459英尺（約140米）高的水塔上，加熱鍋爐管道內的水，從而產生蒸汽，驅動渦輪，產生電力。

這是屬於太陽能光熱利用中的高溫發電。

光熱利用的原理：用太陽能集熱器將太陽輻射能收集起來，通過與物質的相互作用轉換成熱能加以利用。其中，光熱發電系統又可分為太陽能槽式發電系統、太陽能塔式發電系統和太陽能蝶式發電系統。

小科普：

太陽能槽式發電系統：採用線性拋物面反射聚焦太陽光到集熱管上，經過傳熱加熱驅動汽輪機帶動發電機發電，鏡面採用自動跟蹤系統跟蹤太陽光。

太陽能塔式發電系統：採用安裝了自動跟蹤系統的反射器陣列反射太陽光到塔上的接受器，驅動機器運轉帶動發電機發電。

太陽能蝶式發電系統：採用蝶式反射鏡面發射太陽光到聚焦面上而產生高溫，熱量通過吸熱器傳遞給發動機，接著帶動發電機發電。

目前，艾文帕太陽能發電站採用的這種聚光太陽能發電技術已經過時了，其弊端也在運營之後逐漸暴露出來。

其反射鏡產生的溫度可達1000華氏度（約537攝氏度），足以殺死並烤焦誤闖入這裡的鳥類和昆蟲。更危險的是，有時反射鏡沒有按照正確路徑跟蹤太陽，就會把陽光聚焦到錯誤的地方，釀成事故。

從艾文帕太陽能發電站的例子中，我們可以清晰到看到這種用聚光太陽能發電技術的光熱利用有其弊端，但僅從邊沁的功利主義原則來看，算是利大於弊。那麼，光伏發電技術又是什麼？與之相比，又有哪些優點呢？

光伏發電技術：我用的效應，名字很清奇！

目前，開發太陽能大多都是採用光伏發電技術。而所用的光伏電池主要有晶體硅電池和薄膜電池。例如，最新建成的這個萌萌噠熊貓外型光伏發電站就是利用這兩種不同的電池，來產生不同的視覺色彩效果。其中，熊貓的黑色部分，由單晶體硅太陽能電池組成；白色部分則由薄膜太陽能電池組成。

至於光伏發電的基本原理，卻不能像講電池分類那樣簡單。具體來說，它是利用光生伏打效應（PS：我不是錯別字，別人也稱我為光生伏特效應）將太陽輻射能直接轉換為電能，即當光線照射太陽電池表面時，一部分光子被太陽能材料吸收，光子激發電子躍遷至導帶成為自由電子。於是不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生了電位差。有了電壓，這就像築高了大壩，如果兩者之間連通，就會形成電流。

所以，光伏發電過程其實就是由光子（光波）轉化為電子、光能量轉化為電能量的過程。具體而言，太陽能光伏發電系統就是一種能將光生伏打效應所得的電能由直流電變成交流電併入電網供電的綠色系統。

例如，的國家體育館、奧林匹克森林公園、五顆松體育館等場所均應用了太陽能光伏發電系統。採用此系統可以減少有害氣體排放、保護環境，還能緩解北京用電壓力。其中，國家體育館屋面安裝的100千瓦太陽能併網光伏發電項目，使國家體育館成為一座「會發電」的奧運場館。該項目可累計產生232萬度綠色電能，同時節約標準煤約904.8噸，減排二氧化碳約2352.5噸。

除了光伏電站外，光伏發電還有很多應用實例，小到太陽能充電器、太陽能路燈、太陽能航標燈，大到太陽能汽車、人造衛星、月球車、太陽能飛行器、光伏建築一體化等。