科学家|夜晚也可用太阳光发电！聚光太阳能技术是什么，它是如何工作的？中国科学院

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飞越美国西南部，远处莫哈韦沙漠的荒原上闪耀着耀眼的光芒。三个发光的点盘旋在地平线上，每个点都被一个闪闪发光的领域所包围。这些是伊万帕发电站的塔和镜子（定日镜），地球上最大的聚光太阳能发电厂之一。这种让太阳能在夜间持续发电的技术是什么，它是如何工作的？
▲伊万帕太阳能发电站
传统的光伏 (PV) 太阳能电池吸收阳光并排出电能。太阳发出的光粒子（光子）穿过太空，穿过地球大气层，然后撞击太阳能电池板。一些光子被面板反射掉并丢失。它们中的大部分被面板的原子吸收，然后释放电子。太阳能电池的电气设计收集这些电子并将它们作为电流导出。进一步的电气设备将这种低压直流电 (DC) 转换为高压交流电 (AC) 以通过输电线路传输。
聚光太阳能热 (CST) 发电厂不直接将太阳能光子交换为电子。他们收集光子并用它们加热水，从而带动蒸汽轮机运转，进而带动发电机运转。这与核裂变和化石燃料发电厂发电的方式相同——区别在于铀、煤或天然气被太阳光线的热量所取代。
▲将夜晚照得无比明亮的定日镜
太阳能集中器的基本设计很简单，将一系列定日镜建在地面上，定日镜是一个能够跟踪太阳的旋转支架上的镜子的术语。这些阵列占地数百英亩，大致可与类似容量的大型传统太阳能发电厂相媲美。每面镜子都会不断调整，使其指向的方向将太阳和巨大的电力塔之间的角度一分为二。
接近中央塔楼，数千面镜子汇聚的太阳光变得无比明亮，从数英里外都可以看到，这种强度的太阳光最终推动了发电。塔的顶部是一个带有白色的“透明盒子” ，吸收镜子汇聚的太阳光。
▲照亮黑夜的那“一抹光”
与传统光伏太阳能电池技术相比，太阳能热集中提供了一项主要优势：可调度性。正确配置的CST工厂可以将熔盐加热到1000华氏度以上，从而储存大量的热能。然后将液态盐泵入一个储罐，充当一种电池。当阳光不可用时（大约一半的时间），这些储存的阳光能量可以从水箱中抽出，并用于为涡轮发电机提供动力，以在夜间按需供电。
【科学家|夜晚也可用太阳光发电！聚光太阳能技术是什么，它是如何工作的？】目前，全球安装的 CST 发电量相对较低。虽然该技术已经制定了推进它的相关计划，但目前成本太高，无法与标准光伏电池竞争。许多国家，包括以色列、阿拉伯联合酋长国、摩洛哥、中国、智利、西班牙和印度，都建造了巨大的电力塔装置。
虽然集中式太阳能热发电的成本越来越低，但光伏电池的成本也在迅速下降。这种能源的未来很可能取决于其可调度电力的储能能力的持续发展，这需要填补不一致的风力涡轮机和光伏太阳能发电厂。
▲传统的光伏电池
今天储存能量的选择非常有限。锂离子技术有许多缺点，阻碍了各国使用电池供电。就像笔记本电脑中的电池一样，它们很昂贵，随着时间的推移会急剧退化，并且容易着火。全球生产能力太小，无法完成这项任务，而掌握全球半数锂矿的中国主导了锂离子电池市场，占了全球六成以上的产能。
根据美国能源局发布的由FCAB联邦先进电池联盟制定的美国锂电池2020-2025年国家蓝图，概述了目前美国在当前新能源行业所处的地位，以及如何提高美国国内单独制造锂离子电池的计划。
该报吿指出，锂电行业目前似乎正处于临界点，自2010年以来锂电成本下降了近90% ，而且正在影响全球运输市场，并有可能在未来几十年重塑全球行业。预计到2025年，中国锂电产能将达到1811GWh ，占全球份额的73% 。
▲美国能源部发布的2020-2025年国家蓝图
得益于我们在劳动力方面的优势，这使得中国能够主导许多制造业。除此之外，中国的锂储量和产量也远远超过美国。 2018年，中国锂产量为8000吨，在所有国家中排名第三，是美国的近10倍。 2018年中国锂储量为100万吨，几乎是美国的30倍。