太阳能板

一个创新但简单的发明在香港开发出来，可以延长太阳能板的使用寿命：这是一种水凝胶涂层。 这一创新使能源效率提高了13%，并将温度降低了16°C。 香港理工大学的研究人员创造了这一经济解决方案，解决了城市光伏装置中最持久的问题之一：热点。 这项技术由严杰瑞教授和刘俊伟研究员领导，基于一个简单的原理。 由于水凝胶在其结构中保留水分，然后通过蒸发逐渐释放，这一过程吸收了太阳能板的热量。 因此，它们可以在辐射或不规则阴影影响最严重的区域降低温度。 更少的热量，更多的能量：水凝胶在太阳能板中的关键 太阳能板的水凝胶作为一种被动冷却系统，无需重新设计电路或修改模块结构。 它直接应用于已安装的面板上，通过蒸发所含的水分来带走热量。 在控制试验中，研究人员观察到热点温度下降了高达16°C，同时功率增加了高达13%。 因此，这一改进不仅立即提高了能源生产，还减少了光伏电池的热应力。 这使得涂有水凝胶的太阳能板可以使用更长时间，性能接近其原始能力，并且更少的模块会过早进入回收。 因此，累积效应保护了投资并改善了年度能源平衡。 这一创新在密集城市中的影响 集成在建筑物中的太阳能系统（BIPV）在城市环境中面临特定挑战：部分阴影、灰尘、反射热量的立面和暴露于高温的屋顶。 所有这些都会产生热点，将系统的其他部分拖累。 根据PolyU团队的估计，这种水凝胶涂层可以使香港的年产量增加约6.5%，新加坡增加约7.0%。 回收期在3到5年之间，具体取决于当地的电价。 水凝胶技术特别适合安装在香港或新加坡等城市的屋顶和立面上的太阳能板。 在那里，每个效率百分点直接影响脱碳战略。 太阳能板水凝胶的关键：耐用材料和低维护 项目的关键进展之一是解决了传统水凝胶随时间开裂或收缩的趋势。 为此，团队将一种天然聚合物（羟乙基纤维素）与一种称为leafy cotton thread的纤维结构结合起来。 结果是一种材料，在经过数月的阳光、风和雨水的暴露后，能够更好地保持其体积和完整性。 这样，虽然一些传统水凝胶几乎失去了一半的体积，但这种新涂层显著限制了这种收缩。 水凝胶的主要优点： 温度降低至16°C 效率提高13% 与已安装的面板兼容 实施成本低 光伏系统的耐用性更强 值得注意的是，热点不仅降低效率。对数百万光伏模块的先前研究表明，显著部分存在热缺陷，温度升高超过21°C。 这种额外的热量加速了内部材料的降解，并可能产生火灾风险。 在公共建筑、学校或健康中心，年产量增加5%或7%可以释放资源用于其他服务。 在住宅中，这标志着从仅覆盖部分消费到接近完全自给自足的差异。 将这些水凝胶与新一代光伏板结合使用，如基于钙钛矿的光伏板，可能解决其主要挑战之一：对热量和湿度的敏感性。

光伏能源正经历前所未有的扩张阶段，并定位为全球能源系统的支柱之一。 到2024年底，累计装机容量达到2,260 GW，足以在2025年满足至少10%的全球电力需求。 此外，去年再次打破纪录，新增553至601 GW的新容量。这样一来，增长远超2023年，并且是两年前记录速度的两倍。 这种持续进步反映了一种不再是边缘的过渡，而是由政策决策、技术创新和前所未有的工业规模推动的结构性转变。 光伏能源：清洁电力和减排 到2025年初，光伏的容量超过2.2太瓦，使得2024年产生约2,950 TWh的太阳能电力。因此，避免了超过10亿吨的二氧化碳排放。 这一体量相当于所有全球能源排放的约2.8%，这加强了太阳能在缓解气候变化中的作用。因此，光伏不再是一个承诺，而是成为脱碳的具体工具。 快速增长的原因是气候政策更为严格，模块成本大幅下降，以及中国为吸收其庞大的制造能力而采取的工业战略。 整合挑战和工业紧张 然而，进展也暴露了当前电力系统的限制。2024年，多个国家记录了创纪录的能源浪费水平，显示出加强网络、储能和需求灵活性的必要性。 与此同时，行业面临严重的经济动荡。2023年开始的产能过剩导致模块价格极低，威胁到众多制造商的可行性。 到2024年底，出现了稳定的迹象，尽管扩张与工业可持续性之间的平衡仍是一个核心挑战。 领先市场和地理扩张 中国仍然是增长的主要推动力，仅在2024年就安装了309至357 GW，占全球新增装机容量的约60%。接下来是欧盟增加了66 GW，德国、西班牙、意大利、法国和波兰是突出的市场。 与此同时，美国增加了47 GW，而印度增加了32 GW。总的来说，大约35个国家已经运营着年规模为吉瓦的市场，超过40个国家的累计装机容量超过4 GW。这种地理多样化巩固了光伏作为真正全球技术的地位。 创新、双重用途和就业 在技术层面，效率持续提高。n型技术占全球产量的70%，双面模块超过全球制造的75%。 同时，双重用途应用如农业光伏、浮动光伏和基础设施集成获得了关注，这些应用允许兼容能源、土地和食品。同时，基于太阳能的绿色氢和氨项目也在推进。 最后，社会影响也在增长。2024年，该行业相关的就业达到910万个岗位，巩固了光伏作为全球能源转型的核心、现存且活跃的组成部分。

中国的太阳能板和 太阳能在短短五年内改变了南非的能源格局。 亚洲技术达到了该国电力容量的10%，挑战了传统企业的模式，并为一个充满频繁停电的系统提供了替代方案。 几十年来，非洲大部分地区的电力一直很脆弱。由于停电，诊所关闭，工厂停工，商店半开，这些定义了非洲大陆的能源现实。 中国太阳能板和电池价格的急剧下降使太阳能成为南非日常可及的工具。 中国太阳能在南非，从小型板块到完整的能源系统 这种变化不仅限于小型家庭安装。在南非，出现了能够为葡萄酒厂、购物中心、矿山和完整工厂供电的混合太阳能系统。 中国太阳能板、逆变器和电池的结合在每个企业内部创建了私人微电网。 例如，开普敦的一位牙医不再依赖于柴油发电机，而是转向使用太阳能电力和电池。 因此，获得了可靠性，这几乎和经济节约一样有价值。没有X光和牙科设备运作，就不可能提供服务。 这种技术飞跃解释了为什么太阳能从2019年的几乎为零增长到南非电力容量的约10%。 这不是由公共政策推动的过渡，而是对失败的电力系统的直接回应。 中国作为能源设备的强国 在整个非洲大陆，中国在这一转型中扮演了核心角色。在过去十年中，中国在面板、电池和电动车辆方面建立了巨大的工业能力。 结果是一场寻找市场的廉价设备的浪潮。在欧洲和美国，关税和贸易壁垒阻止了这种进入。 在非洲，超过6亿人仍然无法获得可靠的电力，空间巨大。 像塞拉利昂或乍得这样的国家在一年内进口了相当于其国家电力容量很大一部分的太阳能设备。 中国国有企业不仅销售设备，还在南非领土上建设和运营大型太阳能电厂和输电线路。 扩大数千公里电网的项目反映了一个现实：能源转型需要资本，而今天这个资本很大程度上由北京提供。 Eskom的挑战和南非太阳能产生的能源不平等 对于南非电力公司Eskom来说，私人太阳能的爆炸是矛盾的。每个覆盖太阳能板的屋顶意味着电力销售收入的减少。 但这也意味着对老旧和故障频发的燃煤电厂的压力减小。公司不得不适应：允许向电网出售电力，消除官僚障碍，并收取连接费用。 Eskom计划将旧燃煤电厂的土地改造成太阳能公园，这是一种实用的基础设施再利用方式。 然而，出现了一个重要的社会裂痕。尽管中国太阳能板比以往任何时候都便宜，但对于没有储蓄或信贷的数百万人来说仍然无法获得。 在像Langa这样的社区，一块捐赠的板子仅能覆盖灯光和电脑。因此，形成了一个不平等的能源转型：企业、酒店和中产阶级降低成本并获得稳定性。 因此，南非最贫穷的人仍然依赖于昂贵且不可靠的电网，而那些有更多资源的人则可以获得太阳能。 环境影响：未来的利益和风险 用分布式太阳能取代煤炭直接减少了二氧化碳、氮氧化物和细颗粒物的排放。 因此，在像南非这样的国家，大部分电力来自火力发电厂，每兆瓦太阳能意味着更清洁的空气。 通过减少停电期间柴油发电机的使用，也降低了噪音污染和燃料泄漏。 在密集的城市地区，这转化为更好的公共健康：哮喘和呼吸问题减少。 真正的环境风险在于未来对面板和电池的管理。如果没有回收和循环经济计划，今天的太阳能浪潮可能会成为明天的电子废物。

布兰森（Brandsen）市，位于布宜诺斯艾利斯省，近日批准了一项开创性条例，以促进家庭使用太阳能作为应对能源危机的措施。 特别是，该倡议为安装太阳能电力系统的居民提供税收激励、融资和免费咨询。 由费尔南多·赖特利（Fernando Raitelli）领导的布宜诺斯艾利斯省议会在此背景下创建了一个住宅太阳能推广市政计划。 因此，该法规旨在促进布兰森的负责任和可持续能源使用，与国家法令27.424和省级法令15.325促进可再生能源的目标一致。 税收优惠和手续优先 由于布兰森的新条例，选择在家中使用太阳能的人将可以获得免费的技术支持。 这包括选择特定技术的培训和咨询。 此外，居民可以通过与公共和私人实体的协议获得绿色融资，用于设备的购买和安装。 另一个吸引人的方面是，完成安装以获取太阳能的人将支付更少的市政税。 特别是，该条例规定在两年内免除或减少高达50%的市政服务税。 用户还将在注册布宜诺斯艾利斯省的可再生能源用户-发电机注册（RUGER）时享有优先权。 这一好处至关重要，因为它简化了向电网注入多余电力的手续。 关于获得激励措施的要求，居民必须履行其市政税务义务。 他们还必须提交由注册专业人员或授权公司出具的技术项目或安装证书。 此外，设备必须符合国家和省级的安全、质量和效率太阳能标准，根据国家法令28/2019、OCEBA决议463/2023和适用的IRAM/IEC标准。 住宅区和社会住房的优先权 在实施的第一年，将优先考虑住宅区和社会住房。 目标是创造示范性经验，并促进公平获取太阳能。 为此，市政府将在当地媒体、学校和社区中心开展教育活动。 这些倡议旨在传播使用太阳能的优势、经济节约和减少温室气体排放。 实施当局将是布兰森市的规划和环境部门。 目前，这些部门仍需制定法规，并与省政府、OCEBA和当地电力分销商协调实施该制度。 布兰森使用太阳能的环境基础 该条例的制定是基于应对气候变化和全球能源危机的需要。 文本指出，“气候变化和全球能源危机要求向可再生和清洁能源过渡”。 在此背景下，补充说，“太阳能是一种丰富、免费和无污染的能源”。 因此，根据该条例，促进使用可再生能源意味着环境、社会和经济的好处，同时在中期内也降低了家庭成本。 值得注意的是，布兰森是一个在太阳能和环境保护方面具有先例的市。 例如，在桑博罗姆邦建造了整个布宜诺斯艾利斯省的第一个太阳能公园，拥有400多个面板，产生100Kwp的能源，供60个家庭使用。 不久前，1997年第736号条例宣布该地区为“无污染”和“非核”区，将环境问题列为一般利益。 这一法规先例为制定地方环境保护政策奠定了基础。

农业光伏的进展，即在农田中安装高架太阳能电池板，正显示出超越清洁能源和食品同时生产的益处。 在2025年美国地球物理联盟（AGU）年度大会上提出的一项研究表明，这些系统不仅优化了土地使用，还保护了农业工人的健康和福祉。 保护身体和作物的阴影 太阳能电池板产生的阴影将极端温度降低了10°C，减轻了在阳光下工作的人的疲劳和热应激。由亚利桑那大学的Talitha Neesham-McTiernan领导的研究在科罗拉多州的Jack’s Solar Garden进行，这是一个农业光伏农场。 在这个地方，移动的阴影带改变了工人的日常体验： 减少直接热量。 降低身体疲劳。 使饮用水保持冷却时间更长。 提供休息和身体支持的空间，提高工作生活质量。 对工作组织的影响 进行的访谈和测量显示，工人和研究人员在最热的时段安排工作时会寻找面板的保护。数据显示，与没有面板的田地相比，热应激指数（湿球和球温度）降低了5.5°C。 这种差异可能是决定性的：在可持续的工作日和极端条件下被迫暂停任务之间。研究还强调了热感知的复杂性，因为传感器和证词并不总是一致，这加强了倾听工人在实际空间中经验的重要性。 扩展和新挑战 研究人员计划将分析扩展到其他气候和地区，以获得更精确的生理数据，并更好地理解农业光伏的限制和可能性。 虽然不被视为普遍的解决方案，但研究得出结论，农业中太阳能电池板的实施是一个强大的工具来缓解极端热风险，在气候变化背景下越来越频繁。 什么是农业光伏 农业光伏将农业生产与太阳能发电结合在同一块土地上。高架太阳能电池板允许两个系统同时运行而不争夺土地使用。 主要益处 优化农村空间和为农民提供收入多样化。 抵御极端气候条件，减少植物的热应激并提高其产量。 产生清洁能源，有助于减少污染物排放和发展可再生能源。 能源转型表明，它不仅保护资源，也保护身体。农业光伏被定位为农业和能源部门的高效和可持续替代方案，能够提高生产力，减少职业风险，并增强应对气候变化的韧性。