史珺博士谈谈光伏发电的能量密度问题新时代

本文想重点谈谈等新能源的一个弱点，能量密度低的问题，还是以光伏为例，因为的这个缺点最明显。

能量密度，指单位能源介质能够释放出的能量，这个单位可以是单位重量、单位体积，或者单位面积。例如，讨论煤炭的时候，我们所说的热值，就是单位重量所能够释放的能量，通常以 热值 来表示。而对于石油或天然气等流体，既可以用重量（每克多少千卡），也可以用单位体积的能量来表示，如对于天然气通常以每立方米多少千卡热量来表示。

传统能源的能量密度是很高的，例如，一车厢煤炭能够让火车跑数千公里，能够发出20万度电，足够满足1万个家庭一天的用电需求。汽车加满一箱油，能够跑七八百公里，这就是能量密度高的好处。能量密度高，还使得传统能源便于储存和运输，无论是煤仓还是储罐，一个几十亩的地方，就能够储存供几十万户居民一个月的能源消费所需的煤炭和石油。

光伏发电的能量密度低，不是光伏发电组件的问题，而是阳光照射到地上的能量密度就很低，由于接受光照是按照面积计算的，因而光伏发电的能量密度也以单位面积计算。晴天的中午，照射到地面上每平方米的阳光的总能量功率大约是1千瓦，如果光伏发电的转换效率按照20%计算，那么，每平方米的功率就是200瓦。如果按照现代城市家庭每户5KW的用电功率计算，1万户的家庭用电，需要25万平方米的光伏组件，如果考虑到每天光伏发电的小时数，这个面积可能还要大上两到三倍，也就是一到两平方公里的光伏电站才能满足1万户的家庭用电。

与石油煤炭相比，光伏的能量密度低似乎的确是一个缺点。但是，如果我们看看电力的用户，就会发现，除了大型工厂和设施以外，绝大多数的电力用户其实需要的能量密度并不高。以居民为例，按照前面每户5KW的功率计算，采用光伏发电大约需要25平米的光伏组件，占有约50平方米左右的屋顶面积，这是绝大多数居民的房屋都能够满足的。而大多数电子、机械、电子工厂，假如厂房的面积是5000平方米，屋顶的光伏组件将能够提供800K的电力（考虑了维护通道），这样的功率在大部分的情况下，能够满足该屋顶下的车间里的设备生产和人员办公的用电。 而农村和城镇，由于建筑高度不大，相对用电功率不大，光伏发电的能量密度更加不是问题。至于农业生产、油田、矿山、野外基地、哨所等地方，光伏发电的能量密度简直是由大自然（另一个名字叫上帝）为这些场合量身定做的。

真正需要高能量密度的，只有高层建筑、冶金、化工等高载能工业项目。从建筑物或者工业设施的数量上来说，他们所占的比重并不大。

因此，光伏发电的能量密度低，与大部不要给对方打钱想办法周旋；并尝试向对方询问儿子的姓名分电力用户的能量密度分布情况是一致的。因此，应当说，除了那些高载能的工厂需要传统的化石能源来用于供电外，对于大多数的居民、城镇、乡村、农业生产、野外设施的供电来说，光伏发电与电力用户的需求的能量密度反而更加匹配，更加合适。

那2012年么，为什么在大多数人们的心目中，能量密度低会成为一个缺点，而且是很大的缺点呢？这是由于电的结构所决定的。

由于煤炭、石油的能量密度高，因此，逐步形成了大功率发电机组集中发电的形式，而且，锅炉、汽轮机、发电机的功率越大，效率也越高，因此，发电厂的功率就越来越大。发电厂发出的电力经过骨干电送往各地，然后再经过较低电压的输配电络传送到工业区、居民区等最终电力用户。如果光伏发电也要采用这样的模式来进行输电和配电，自然，能量密度低就成为缺点，因为不仅占地面积大，而且，电力收集的成本也非常高。

但是，现代电力输电络的体系，并非是天生的，而是随着发电技术逐步演变成为现在的电力输配系统。

1880年，在爱迪生发明了电灯，使得电力第一次具有实际的作用（照明）以后，爱迪生开始为路灯的照明铺设输电系统。当时的电力和电灯都是直流电，爱迪生的电力系统是低压直流电（与现在的光伏发电完全相同），在距离发电机半英里的范围内，直流电是高效率而且经济的，与现在光伏所倡导的 低成本高效率 的目标一样。因此，爱迪生在一个城市里建立多个直流中心站，从中心站电线呈放射状辐射到周围一英里方圆内的建筑。当时爱迪生电灯公司的第一批客户包括德雷克赛尔财团、摩根财团、帕克银行，还有《纽约时报》。爱迪生的电力系统逐步从门罗公园扩充到华尔街，然后是华盛顿的白宫，再到巴尔的摩。爱迪生建立了自己的低压直流电体系，并深深为之自豪。他根本不想与交流电有任何关系。