可再生能源技术是可再生能源利用技术吗

太阳能是近年备受瞩目的再生能源技术，通过一片片蓝色太阳能电池将阳光转换成电力，随着技术成熟、成本下降，设备量也越来越多，只可惜这些发电的面板到了夜晚、遇到阴天就无能为力，毫无用处。

虽然太阳能系统可以配备电池，把日间能量储存下来供夜间使用，但成本还是比较高，对此，加州大学戴维斯分校团队想研发出截然不同的太阳能板，不仅白天可以发电，夜间也可以，让太阳能板在夜晚不再无用武之地。

根据团队发表在《ACS Photonics》的研究，如果说太阳能板是吸收并将阳光转换成电力，那么这个「反‧太阳能（anti-solar）」就是把地球当成热源、夜空做为散热器，利用深空与辐射冷却概念，研发散发长波辐射的热辐射太阳光电（thermoradiative photovoltaics）。

这种热辐射电池会收集周围的热能和废弃热能，将部分热量做为热辐射传递到大气中，通过此方法来发电。 加州大学戴维斯分校电机工程系教授 Jeremy Munday 表示，不管是一般的太阳能，又或是热辐射太阳光电，这两种太阳能板都是种「热机（heat engines）」。

一般的太阳能板是吸收阳光后，产生电压形成电流，而反‧太阳能虽然是太阳能板散发热辐射、以相反的过程产生电压和电流，但都会发电。Munday 表示，虽然新面板使用材料跟一般太阳能板不一样，但原理是一样的。

目前主流太阳能板材料为硅晶，只能吸收近红外光、可见光及紫外光，波长较长的红外光则完全无法吸收，而现在团队则正持续研究可吸收长波长的汞合金（mercury alloys，汞齐）。最后他们研发出理想状态下，夜间发电量为每平方公尺 50W 的太阳能板，虽然发电量仅是传统太阳能板白天时的四分之一，但仍代表太阳能板踏入新的领域，未来也将会继续提升发电量和转化效能。

Munday 接受 CNN 采访时指出，新型太阳能板也可以装设在工厂，通过吸收废热来实现碳中和。

而该团队也并非第一个瞄准辐射冷却来发想的科学家，事实上过去就有科学家善加利用辐射冷却效应，研发出建筑冷却系统。2019 年 9 月，加州大学洛杉矶分校与斯坦福大学科学家也用相同原理研制出热电设备，通过聚苯乙烯绝缘体、镀铝聚酯树脂薄膜与黑色铝制圆盘，善用材料里外温差，将之转换成电压，新型热电设备每平方米能产生 25 mW 的电力，也能点亮小型的 LED。

行业主要企业：东方日升(300118)、隆基股份(601012)、中利集团(002309)、正泰电器(601877)、晶科科技(601778)、拓日新能(002218)、中环股份(002129)、太阳能(000591)

本文核心数据：全球光伏发电累计装机量、全球光伏发电年装机量、光伏发电装机量区域分布

2020年全球光伏累计装机容量破70万MW

在全球气候变暖及化石能源日益枯竭的大背景下，可再生能源开发利用日益受到国际社会的重视，大力发展可再生能源已成为世界各国的共识。《巴黎协定》在2016年11月4日生效，凸显了世界各国发展可再生能源产业的决心，太阳能光伏技术作为绿色能源中的一种，也受到了世界各国的大力支持。

根据国际可再生能源机构(IRENA)数据显示，2010-2020年全球光伏累计装机容量维持稳定上升趋势，2020年为707494MW，较2019年增长21.8%，预计未来一段时间还会继续维持增长趋势。

单年光伏新增装机容量突破12万MW

根据国际可再生能源机构(IRENA)数据显示，2011-2020年全球光伏新增装机容量维持上升趋势，2020年新增装机容量为126735MW，较2019年增长29.9%，预计未来一段时间还会继续维持增长趋势。

累计装机量：亚洲、中国市场领衔全球

根据国际可再生能源机构(IRENA)数据显示，2020年全球光伏累计安装容量市场份额主要来自于亚洲，亚洲累计安装容量为406283MW，占比为57.43%。欧洲累计安装容量为161145

MW，占比为22.78%北美累计安装容量为82768 MW，占比为11.70%。

从国家来看，2020年世界主要光伏发电国家累计装机容量中前三分别为：中国、美国、日本。合计占比达到55.78%，其中中国占全球比重为35.88%。

年度装机量：亚洲占比超60%

2020年全球光伏新增安装容量市场份额主要来自于亚洲，亚洲新增安装容量为77730MW，占比为61.33%。欧洲新增安装容量为20826MW，占比为16.43%北美新增安装容量为16108MW，占比为12.71%。

从国家来看，2020年新增装机容量国家中前三分别为：中国、美国和越南。合计占比达到59.77%，其中中国占全球比重为38.87%。

总体来说，全球亚洲与中国市场在全球光伏发电装机量方面具有领先地位。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国光伏发电产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

但是，一个世纪后，科学家为实现这个概念已经取得了巨大的进步。欧洲航天局已经意识到这些工作的潜力，同时也在为这些项目寻求资金，并预测我们从太空获得的第一种工业资源将是“光束能量”。

气候变化是我们这个时代面临的最大挑战，因此风险也非常之大。从全球温度上升到气候模式改变，气候变化已经影响到全世界的每一个人。克服这一挑战需要我们彻底改变生产和消耗能源的方式。

最近几年，可再生能源技术发展迅速，效率更高、成本也更低。但是采用可再生能源的一个主要障碍在于，它们无法持续提供能量。风力发电场和太阳能发电场只有在风使劲吹或太阳当空照的时候才能产生能量，但我们每一天每一小时都需用电。因此，我们在普及可再生能源之前，首先得找到一种大规模存储能量的办法。

解决这个难题的一个可行办法或许是在太空中产生太阳能。这种方式有很多优点。一个太空太阳能发电站可以一天24小时面朝太阳运行。地球的大气层也会吸收并反射部分太阳光。所以，大气层上方的太阳能电池可以接收更多太阳光并产生更多能量。

但是问题又来了：我们该如何组装、发射和部署如此庞大的结构呢？单个太阳能发电站的面积可能至少要达到10平方公里，相当于1400个足球场那么大。其次，使用轻型材料也至关重要，因为届时最大的成本将是用火箭将发电站送入太空。

一个建议的解决方案是开发成千上万个小的卫星。这些卫星聚集在一起，通过配置可以组装成一个大型的太阳能发电机。2017年，加州理工学院的研究人员曾提出过模块化发电站的设计。该发电站由数千个超轻太阳能电池块组成。研究人员还展示了一块每平方米仅280克的原型电池块。

最近，制造业的发展成果——如3D打印等，也有望用于太空太阳能发电站的开发。在利物浦大学，研究人员正在 探索 新的制造工艺，以将超轻太阳能电池打印到太阳能帆上。这个太阳能帆是一种可折叠、轻便又具有高反射率的薄膜，可以利用太阳的辐射压力作用，推动航天器前进，而不再需要燃料。研究人员也在 探索 如何将太阳能电池嵌入太阳能帆结构上，以制造大型、无需燃料的太阳能发电站。

这些方法可以帮助我们在太空中建造发电站。事实上，未来有一天，我们或许可以在国际空间站或未来的绕月球轨道运行的门户站制造和部署发电站装置。

可能还不至于此。尽管我们目前依赖地球上的材料来制造发电站，但科学家也在考虑利用太空中的资源（如月球上发现的材料）直接开展加工制造工作。

上述问题解决后，剩下一个主要挑战是如何将能源传输回地球。当前的计划是将太阳能电池中的电能转换为能量波，然后用电磁场将能量波传输给地球表面的天线。天线进而将能量波变回电能。日本航空航天局的研究人员已经开发了几种设计，并演示了一个可以实现这些功能的轨道系统。

即便如此，在这个领域我们还有许多工作要做。但我们的目标是，太空中的太阳能发电站将在未来数十年成为可能。中国的研究人员已经设计了一个名为欧米伽（Omega）的系统，预期可以到2050年投入使用。该系统在最佳性能状态下，可以向地球电网提供2GW的电力。如果是在地球上用太阳能电池板产生这么多电能的话，那将需要600多万块太阳能电池板。

但是，诸如为月球登陆器供电而设计的更小的太阳能卫星，可以更早地投入使用。如今，全球科学界都在投入大量时间和精力，来开发太空太阳能发电站。我们希望，终有一天，它们可以成为我们应对气候变化的重要工具。（匀琳）

利用风能、太阳能等可再生能源技术产生的能源量往往取决于天气条件，而为保证持续稳定的供电方式，科学家正想方设法在大自然中寻找各种靠谱的储能材料和方法。

大规模储能技术研究成为热点

据外媒称，英国大多数核电站均将在本世纪20年代末到期退役；而日本日立公司近日也宣布因建设成本上升将暂停其在英国的核电项目；出于减排等因素考虑，英国政府计划2025年前关闭所有火电厂，这将给整个国家的电力供应留下相当大的缺口。

据介绍，所谓多孔介质压缩空气储能技术(PM-CAES)，其工作原理是利用可再生能源的电力为产生压缩空气的发动机提供动力，将这些空气以高压状态储存在砂岩孔隙里。在能源短缺时，释放出井里的压缩空气，为涡轮发电机提供动力，然后将电力输送到电网。

英国科学家这次对近海盐湖蓄水层进行了多孔岩石储能潜力的预估，利用蒙特卡罗方法计算了在大量多孔岩石的地点上构建电厂的功率输出和效率。研究表明，进行一次PM-CAES存储可以满足两个月所需的空气流量，其往返效率(RT)介于42%至67%之间。此外，该方法地表损耗较小，这将受到土地表面或水资源有限的地区的青睐，同时这项技术在能源需求旺盛的人口密集地区也更具有吸引力。

一种潜在可行季节性存储技术

“建设智能电网和分布式能源系统等，储能系统是其中的关键技术。迄今，大规模(500兆瓦以上)商业应用的电力储能系统，主要是抽水蓄能电站。抽水蓄能虽然借助高低落差地势，利用势能差能够大量储能和发电，但是受限于地理条件和投资建设周期长，还需要开发其他大规模储能技术，尤其是跨季节储能技术。”陈永翀指出，多孔岩石分布较广，这将使PM-CAES技术能够跨季节运行，从而大大加强了其应用的普适性。

根据论文资料，陈永翀分析道，英国研究人员使用数学模型评估这种储能技术的潜力后发现，北海的地质构造可以储存满足英国3个月电力需求的能量，且大量富含多孔岩石的近海盐湖蓄水层靠近风力发电场，这可以在生成和存储之间产生有价值的协同作用。

论文作者之一、爱丁堡大学的朱利安·穆利-卡斯蒂略指出，这种技术有可能在夏季把可再生能源发电储存起来，留待冬季用电高峰时使用。只是这种方法虽然有可行性，但成本相对较高。另外，多孔岩石储能技术仍存在着不少潜在的问题，未来还需更多研究来完善技术，以便把成本降下来，并提高该技术的应用安全性。

奇思妙想探寻“存储”路径

陈永翀指出，实际上，把可再生能源“存”在哪儿，科学家一直在积极 探索 更多的可能性，如海水蓄能、沙漠储能、人工绿叶等，可谓八仙过海，各显神通。

德国弗劳恩霍夫协会风能和能源系统研究所设计出名为海中蓄能(StEnSea)的新思路，将蓄能主体为多个内直径30米的混凝土空心球，置于600—800米深海床上。每个球内都有一台水轮发电机和水泵，当电网负载低、电力多余时，水泵会抽出海水进行蓄能；当电网负载高、需要峰值发电时，这些球体的阀门即会打开，让涌进的海水驱动水轮发电。

研究人员还向绿叶借智慧，效仿自然界的光合作用，即将太阳能转化为化学能，把能量储存在化学键当中，基本上能够实现碳中和的过程，这样通过一定的反应方式吸收环境中的二氧化碳，达到环保和能量储存的目的。同时，提高过程中的转化效率和稳定性，形成获取可再生能源的一种途径。

另外，有的科学家在尝试抽沙储能的方法，通过皮带将沙子运到高位仓，高位沙子对风叶做功，以沙子的形式储存势能，从而提供发电所需要的动能。(华凌

张添奥 闫欣)