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客人的博客

太阳能电池板不能筑成良好的道路

早期的测试结果表明,太阳能公路产生的电力非常昂贵

太阳能公路,比如阿姆斯特丹郊外的这条实验性自行车道激发了公众的想象力,但它们产生的电力非常昂贵。此外,开发足够耐用的光伏组件的工程师面临着各种各样的技术挑战。(照片:SolaRoad)

四年前,一场病毒式传播的运动吸引了全世界,承诺通过取代全球的柏油马路来应对气候变化和刺激经济装有太阳能电池板的道路.从那时起,这个大胆的想法经历了一些道路测试。初步研究的第一个结果最近出来了,它们有点平淡无奇。

把太阳能电池板放在公路下面有很多缺点。因为它不在最佳倾斜角度它会产生更少的能量,而会产生更多的能量容易遮阳这是一个问题,因为仅覆盖面板表面5%的遮阳板就会减少50%的发电量。

这些面板也可能被灰尘覆盖,并且需要比传统面板厚得多的玻璃来承受交通的重量,这将进一步限制它们吸收的光线。

由于太阳能板无法从空气循环中受益,因此不可避免地会比屋顶太阳能板加热得更多。每超过最佳温度1°C面板将失去0.5%的能源效率

因此,与屋顶太阳能电池板相比,太阳能公路的性能明显下降是可以预料的。问题是,能提高多少?经济成本是多少?

路测结果出来了

最早的太阳能公路之一安装在法国的图鲁夫尔-奥-佩尔什。这条路的最大输出功率为420千瓦,占地2800平方米,安装成本为500万欧元。这意味着每安装千瓦的成本为11905欧元(13745美元)。

虽然这条路应该每天产生800千瓦时(kWh/day),但最近公布的一些数据表明,这条路可能会产生800千瓦时的电力产量接近409千瓦时/天,即15万度/年。要想知道这是多少,英国家庭平均使用大约10千瓦小时/天.这条道路的容量因子(通过将其平均功率输出除以潜在的最大功率输出来衡量该技术的效率)仅为4%。

太阳能公路在Tourouvre au Perche揭幕。 Christophe Petit Tesson/EPA

相比之下,波尔多附近的塞斯塔斯太阳能发电厂它的特点是一排排的太阳能电池板小心地朝向太阳,最大输出功率为30万千瓦,容量系数为14%。它的成本为3.6亿欧元(4.156亿美元)或每千瓦1200欧元(1385美元),是我们太阳能公路成本的十分之一,但发电量是太阳能公路的三倍。

在美国,一家公司打来电话太阳能公路开发了一种装有太阳能电池板的智能高速公路,其中包括传感器和LED灯,可以显示任何即将发生的危险(如鹿)的交通警告。它还有加热垫,可以在冬天融化积雪。

他们中的几个SR3面板已经安装在爱达荷州沙点的一小部分路面上。占地面积13.9平方米,装机容量1529千瓦安装费用为48 734美元这意味着每千瓦安装成本为2.75万欧元(合3.17万美元),比塞斯塔斯发电厂高出20多倍。

太阳能道路自己的估计是,LED灯每车道英里消耗106兆瓦时,而电池板产生415兆瓦时——因此超过25%的有用电力是由LED消耗的。这将进一步降低性能。加热板也被引用为每车道英里消耗2.28兆瓦,所以仅仅运行6天就会抵消太阳能电池板的任何净收益。

这是在我们看Sandpoint安装的实际数据之前,它在6个月内产生了52,397千瓦时,或一年104,800千瓦时。由此我们可以估计出容量因子仅为0.782%,比塞斯塔斯发电厂的效率低20倍。

也就是说,应该指出的是,这个面板是在一个城市广场上。如果有一件事我们可以得出结论,那就是在一个下雪的北方小镇上,一段被建筑物包围的人行道并不是安装太阳能装置的最佳地点。然而,也许还有一个更重要的问题:城市街道上的太阳能公路并不是一个好主意。

没有路可走

道路实际上并不像我们想象的那么大。英国交通部给出了英国不同类型道路长度的分类。

假设我们可以用太阳能电池板覆盖这些,每条高速公路上有4个车道,A和B公路上有2个车道,C和U公路上有半条车道(很多是单轨公路,不适合),我们得到的表面面积为20亿平方米。

这听起来很多,直到你意识到英国城市地区的建筑面积达176亿平方米。因此,只要在英国的一小部分屋顶上安装太阳能电池板,就会立即产生比在道路上安装太阳能电池板更多的电力。这还不包括更高的位置会带来更大的发电量。

所有这些都表明,只有一小部分道路网络是合适的。而且,考虑到道路网络相对较小的规模,太阳能公路只能成为一种利基能源,永远不会成为我们未来能源供应的捷径。

迪伦·瑞安(Dylan Ryan)是苏格兰爱丁堡纳皮尔大学机械与能源工程专业的讲师。这篇文章最初发表于谈话

30的评论

  1. 用户- 4053553||# 1

    非常有趣的分析
    每千瓦13745美元简直是疯了,但是同样距离的公路要花多少钱呢?我猜这仍然不会使成本有效,但我很好奇的数字

  2. this_page_left_blank||#2

    “太阳能电池板造不好路”

    另一则新闻,水是湿的。这篇文章仅仅触及了这种愚蠢想法的表面。它本不应该超过概念阶段。数以百万计的美元是从政府和易受骗的众筹骗子那里筹集的,这一事实几乎让我为人类而哭泣。

  3. 专家成员
    Dana多赛特||# 3

    多么令人惊讶的结果!谁知道呢?(除了几乎所有对太阳能经济有粗略了解的人之外,那就是……; -))

    这是一组有趣的技术挑战,但与将大型太阳能电池板阵列放入轨道并通过微波将产生的电力传输到地球站相比,这并不是一个“解决方案”(这个想法在40多年前吸引了一些公众的想象力,但当时无法访问在线项目融资网站)。

  4. Dennis_Miller||# 4

    我一直对太阳能公路的提议感到惊讶。在高速公路中间设置一堆标准的太阳能收集器,而不是用它们来筑路,难道不是更简单、更便宜吗?任何为车辆设计过产品的人(以我为例,设计过电子产品)都知道道路是一个极其恶劣的环境——极端温度、灰尘、砾石、油和其他化学物质、除冰化学物质、振动、冲击、车辆加速或刹车产生的额外压力等等。为什么要让太阳能收集器承受这些呢?同样,通过将收集器放置在压力较小的地方,许多这些问题都可以解决。

  5. StandingStone||# 5

    糟糕的太阳能装置,是的。
    但是,一条能自己发光,自己解冻,两年后没有坑洼的路可能是有价值的。我想知道长期成本分析是什么?

    1. this_page_left_blank||# 6

      Thunderfoot在youtube上对整个概念进行了彻底的驳斥。仅钢化玻璃就相当于整个美国GDP的十倍。

      你对坑洼的担心有点有趣,因为这意味着这条太阳能公路比人行道需要更少的维护。事实恰恰相反。我们说的是要对太阳能道路进行多个数量级的维护。

      然后你要看一下这个曲面在它的主要功能上有多好,它不是很好。老实说,一旦你深入研究了所有的细节,很难想象有比这更糟糕的主意了。就像,字面上,如果你建议用棉花糖做路,也不会更愚蠢。

      1. StandingStone||# 7

        很好。油浸棉花糖——这就是我对沥青的看法。但我会在别处找更好的路。

    2. 专家成员
      Dana多赛特||# 8

      长期成本,相对于你说的交付效益?

      这显然是一个负数,而且差了一点。

      2014年,荷兰用这种垃圾修建了一小段自行车道(不到100码),2016年又增加了一点点。用同样的钱,他们可以在这条道路上安装大约一公里的太阳能遮阳篷,保持路面(和车手)更干燥——不那么光滑,更舒适,吸收的能量要大得多。这显然比几盏灯更有价值(这些灯也可以安装在太阳能遮阳篷的下方,比安装在道路上更省钱,也更容易维护)。

  6. Jon_R||# 9

    这再次提醒我们,这并不是“绿色就好”那么简单。成本效率很重要,这是一个错失的机会,可以用更少的成本为环境做更多的事情。

  7. GBA编辑器
    马丁Holladay||# 10

    乔恩,
    我不确定“绿色是好的”哲学(不管这意味着什么)是否与这次惨败有关。

    真正的教训更简单:有一点常识总是好的。这里没有运用多少常识。

    1. 专家成员
      Dana多赛特||# 11

      这里没有运用多少常识。

      没有开玩笑!常识并不适用!

      2017年,CleanTechnica的一篇博客报道了荷兰价值数十亿欧元的太阳能自行车道:

      “重申一下:太阳能公路不需要达到与屋顶或公用事业规模的太阳能同等的成本,但与其他替代方案相比,我们通过具有成本竞争力的方式产生的太阳能电力越多越好。如果我们穿越到未来十年左右,大多数可用的屋顶空间可能已经被覆盖了。因此,为了进一步提高太阳能发电能力,必须使用农业或自然用地,或者可以考虑使用自行车道等表面。”

      https://cleantechnica.com/2017/03/12/dutch-solar-bike-path-solaroad-successful-expanding/

      真的吗?那是什么来着——“……未来十年左右,大多数可用的屋顶空间可能已经被覆盖了……”嗯! ? !

      根据NREL 2015/2016年对美国屋顶光伏适宜性和面积的技术调查,利用所有合适的屋顶面积将提供超过35%的美国年度电力需求。(见表ES-1和图ES-2:https://www.nrel.gov/docs/fy16osti/65298.pdf对于电网来说,即使是在平季不大规模限电的情况下,也需要大规模的电网存储建设。

      更有可能的情况是我们“……“硅基钙钛矿光伏混合动力车将使每平方米的产量提高约50%,每瓦的成本相当低,38.6%的潜力将更接近屋顶年消费量的55-60%,甚至更难在电网上管理。

      更不用说太阳能车库已经比屋顶太阳能便宜得多,而屋顶太阳能又比太阳能公路便宜得多。太阳能公路确实必须在成本上具有竞争力,才能成为可行的替代方案,但这是不可能发生的。

      即使在雾气弥漫、露珠密布的荷兰,在路面上安装太阳能也没有意义,因为在合适的路面上覆盖太阳能遮阳篷更便宜、更有效。把它放在人行道上并没有额外的价值,只会增加成本。任何有常识的人都能清楚地明白为什么这是对的。

      我在哪里读到过,风力涡轮机可能在平坦的莱茵河三角洲工作得很好,北海的下风也一样……

      1. 用户- 4053553||# 12

        太阳能遮阳篷似乎是一个有趣的想法。我可以想象有了它们的停车场,让汽车更凉爽,节省一些交流电冷却能源,并减少一定数量的电动汽车电池的主动冷却。

        1. irene3||# 17

          我在凤凰城地区见过这样的停车场遮阳篷。我还看到至少有一个屋顶的太阳能电池板高出屋顶,我想这是为了给屋顶遮阳,减轻所需的冷却负荷,但(a)我不确定这是为什么(这是在一个对空调需求低得多的气候中),(b)我担心有阴影的屋顶会被鸟类占据。

  8. GBA编辑器
    马丁Holladay||# 13

    艾伦,
    你不必“想象”有太阳能遮阳篷的停车场。在许多州,它们正变得越来越普遍。

    1. 用户- 4053553||# 14

      非常好,尽管我在现实生活中从未见过,如果到处都安装这些设备,那里有许多公寓、大卖场和停车场,可以产生大量的电力。

  9. itserich||# 15

    “共同利益”被高估了。

    屋顶住宅太阳能比社区太阳能项目更昂贵,产生的有用能量更少,但它们仍然为房主和供应商赚钱。当然有人可以从太阳能公路中获利。

    1. 专家成员
      Dana多赛特||# 16

      只有太阳能公路的制造商和安装商才能从太阳能公路中获利。

      屋顶住宅太阳能仅比大型地面安装的社区太阳能电池板贵2-3倍。太阳能公路比社区太阳能或太阳能遮阳篷/车棚贵几个数量级,维护费用也更高。

      这不是很难的数学。每瓦安装成本是社区太阳能的125倍,或屋顶太阳能的50倍,而每瓦获得的能量却大大减少,这对买家来说永远不会有利可图。

  10. AndyKosick||# 18

    虽然太阳能公路显然不是一个好主意,但当我听到基于成本和效率反对屋顶太阳能的论点时,我感到沮丧。并不是每个屋顶都适合安装太阳能,但我们不能用建筑和道路覆盖地球的一半,而用地面安装的太阳能覆盖另一半,因为这样更便宜、更高效。我觉得我们已经占够地方了。

    我能想到一对地面安装阵列附近的一个停车场的站点大小相等。我们必须在这方面做得更好。

    虽然特斯拉的太阳能屋顶可能不是“唯一”,其他产品也很难流行起来,但某种集成太阳能屋顶接缝似乎最终是必须的。我所知道的是,我所在地区的所有屋顶太阳能都将超过旁边的沥青瓦。这将是一个痛苦的处理。

    如果所有花在这些道路上的钱都用于开发坚固的高输出太阳能屋顶,我们会领先很多。

    1. itserich||# 25

      这就是人们的提议吗?

      用建筑覆盖一半地球,用地面安装的太阳能覆盖一半地球?

      这意味着什么:“我可以想到在我附近的停车场附近安装几个地面阵列,大小相同。”

      如果你建议用太阳能覆盖停车场,在现实世界中,如果你打算用太阳能覆盖停车场,它可以提供最佳的能量输出,不像安装在现有的房屋上。

      1. AndyKosick||# 28

        原谅我,我是在夸张地表达观点。我担心,优先考虑成本和容量因素可能会牺牲其他标准,如明智地使用土地。我想象每个郊区社区旁边都有一片光伏,因为那样更便宜。在这里,我们试图减少碳足迹,我们覆盖了可以种植成排光伏树的土地。

        是的,我建议我们更好地把建造停车场的人与安装光伏的人联系起来。

        与这篇文章相关的是,太阳能公路试图利用正在开发的土地来发电,不像地面安装的太阳能。太阳能公路只是碰巧是最糟糕的方式。

    2. 专家成员
      Dana多赛特||# 29

      “并不是每个屋顶都适合安装太阳能,但我们不能在建筑物和道路上覆盖地球的一半,而在地面安装太阳能,因为它更便宜、更高效。”

      NREL 2015年(2016年1月发布)对美国所有屋顶的调查显示,美国约39%的电力可以来自合适的屋顶。

      https://www.nrel.gov/docs/fy16osti/65298.pdf

      太阳能遮阳篷停车场是很简单的,但显然没有必要清理树木为太阳能让路。

      当太阳能价格昂贵时,人们认为要最大化投资回报率,就需要在阳光充足的沙漠和开放空间大规模建造太阳能。这仍然是一种比屋顶和停车场更便宜的建造方式,但有大量的电网连接成本,并且将发电厂悬挂在远离负荷的绳子末端,不如将太阳能放置在配电网中可靠/坚固。太阳能的“价值”因其在配电网中的位置而有所不同,但即使在相当高的渗透率下,考虑到有足够的智能负载(家用电池、热水器、智能电动汽车充电器)来吸收中午的过剩电量,太阳能仍然是更强劲的出路。

      沥青瓦片上的PV保护瓦片不受自然因素的影响,而且它们会比保修期长很多。可能需要重新安装屋顶的部分仍然很容易到达。瓦片的保证期与光伏的预期生命周期相当,尽管一些光伏仍然可以比平均寿命高出2倍或更多。

  11. RedDenver||# 19

    如果你要写一篇关于太阳能公路的文章,那么这是否意味着应该将道路和太阳能相结合,而不仅仅是太阳能发电厂进行比较?太阳能公路可能是一个很糟糕的想法,但让我们用一些理智的诚实来说明为什么,而不仅仅是一个仅仅是发电的稻草人。

    1. 专家成员
      Dana多赛特||# 20

      当你谈论比发电厂贵一个数量级的时候,一条标准道路的相对成本是所有其他道路的“统计噪声”。太阳能公路的维护成本也远远高于标准道路的建设成本——玻璃不会永远有足够的牵引力,为了安全起见,必须重新铺设路面。

      1. RedDenver||# 21

        你有证据支持这些说法吗?

        在美国,一英里的新高速公路上,2个车道未划分的成本约为200 - 500万美元/英里,4个车道划分的成本约为400 - 1000万美元/英里。本文中的太阳能发电厂耗资4.16亿美元,相当于大约40-200英里的高速公路。这在我看来不像是统计噪音。

        就像我说的,太阳能公路可能是一个糟糕的想法,但你不能从这篇文章中证明这一点,因为甚至没有试图分析道路的成本。

        编辑:忘记了与高速公路费用的联系:https://medium.com/@TimSylvester/i-agree-it-sounds-astronomical-but-i-actually-understated-the-costs-according-to-artba-2e8baeac2a46

      2. AndyKosick||# 23

        其实我是站在杰森·D这边的。如果你想要否定一个糟糕的想法,你仍然需要正确地去做。“统计噪音”与否道路的成本无论如何都需要被收回;这项技术的关键在于一石二鸟。你甚至可能需要收回同等地面安装阵列的土地价值(经济和生态)。波尔多附近的那块地曾经种过皮诺吗?随着时间的推移,相对的维护也是一个因素。值得注意的是,原型的成本总是高于产品的成本。

        坏主意?几乎可以肯定。分析好吗?没那么多。

    2. this_page_left_blank||# 30

      这项工作已经在其他地方完成了。太阳能公路的可行性实际上比本文所描述的要差得多。因此,虽然它并不全面,但称这篇文章为稻草人论点并不准确。在这种情况下,稻草人是由比真人更坚硬的材料制成的。

  12. 专家成员
    Dana多赛特||# 22

    当然,这是统计噪声。

    如果太阳能公路的成本是传统光伏的10倍,产生的电力是传统光伏的1/3,那么它的成本已经是传统光伏的30倍,不包括预期的生命周期和维护问题。

    它只有一个车道宽,而且只是重新铺装一段已经存在的道路,而不是完整的道路建设。据估计,重铺(不完全修建)一条2车道公路的成本为每公里1000万欧元或每英里1900万美元。这已经是你提到的建造一条2车道公路的高端成本的4倍,而且这只是更换沥青/混凝土,而不是建造整条路。

    仅仅是建造一条道路的成本就有超过25%的噪音,而太阳能路面的成本已经是从头开始建造一条新的2车道道路的高侧成本估算的400%。铺设一条该死的太阳能道路的成本变化仅10%,就超过了建造一条新道路的成本加上提供相同功率所需的标准光伏的数量。

    因此,“在噪音中”。

    我相信我们很快就会发现它需要多长时间(以及什么成本),然后才需要表面重新纹理。没有什么是永恒的——它不是用钻石做的(即使它看起来很贵)。

    1. RedDenver||# 24

      你哪来的1900万美元/英里?我能找到的唯一的成本来源是每12英尺x 12英尺的路段1万美元,计算出来约为440万美元/英里/车道,或约为880万美元/英里的2车道未分割高速公路:https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_Roadways

      这对于太阳能道路的经济可行性来说可能太多了,除非这种差异在寿命、维护或其他辅助成本上得到弥补(例如,较小的六角形面板可能更容易作为模块化部件替换),但我们谈论的是一个原型,它并不是表面上完全荒谬的。

      我同意,寿命和重置成本将在这个想法是否可行方面发挥巨大作用。此外,我认为由于纹理造成的道路噪音可能是一个严重的限制因素,我还没有看到任何数据。

  13. 专家成员
    Dana多赛特||# 26

    从博客文章中粗体字“路测结果已出来”标题下面的链接:

    https://arstechnica.com/cars/2016/12/worlds-first-solar-road-opens-in-france/

    “将双车道太阳能公路的投资扩大到每公里1000万欧元……”

    按每公里0.62英里计算,今天的汇率是1.16美元/欧元,差不多就是这么多。(好吧,每英里只有1871万美元,但我们真的要为每英里高估29万美元而吹毛求疵吗,低于2%的delta?: -))

  14. GBA编辑器
    马丁Holladay||# 27

    传统道路建设的大部分成本包括等级划分(在某些情况下需要爆破)、开沟、安装涵洞和安装碎石底。即使你安装了所谓的太阳能公路,这些成本仍然存在。这并不是说你把这些太阳能电池板放在草地上就能说它很好。

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