年代2020年,太阳能占美国新增发电能力的43%,连续第二年超过其他所有技术。这条曲线有望继续上升。根据太阳能工业协会在美国,太阳能发电能力将在未来10年翻两番。
作为回应,美国国会再次延长了太阳能投资税收抵免(ITC),这次延长到2022年,除非再次延长,否则将在2023年减少。该抵免允许住宅太阳能客户从他们欠美国国税局的税款中扣除26%的系统成本。例如,平均每安装2.7万美元的太阳能设备,就可以从账单中扣除7000美元。而且它没有限制,所以对于有电池备份的昂贵系统,回扣可能会多两到三倍。在可行的情况下,政府的激励措施可以再减少数千美元。总的来说,对于一个能提供30到50年清洁电力的能源生产系统来说,回报期平均为8到12年——主要取决于当地的电价。
据估计,大规模的税收优惠不会永远持续下去。各州的项目有所减少,联邦信贷也比几年前的30%有所下降。然而,尽管信贷和激励措施减少,熟练劳动力的成本增加,每瓦特交货的价格却稳步下降。与此同时,外观和可靠性都得到了提高,使得光伏发电比以往任何时候都更具吸引力。
“自从15年前推出激励措施以来,我们已经学到了很多,”萨拉·皮维(Sara Peavey)说梅菲尔德可再生能源他说:“我们有大量的数据来说明什么方法有效,什么方法失败。虽然一些激励措施已经失效,但它们迫使企业降低太阳能的价格。”
光伏板有什么新特性
屋顶模块在美学、性能和成本等各方面都得到了稳步的改进,并且这种趋势预计将持续到t物理学的极限已经到了。但在这一点上的变化将是渐进的,不值得等待。
无论何时你决定使用太阳能电池板,你都将获得比以往任何时候都更好的交易。你可能会得到一套单晶硅模组,而不是旧的镶有银色条纹和银色边框的多晶硅板,这些单晶硅模组都是均匀的深色,有黑色的边框和深蓝色的电池,给面板带来光滑、无缝的外观。白色背景也适合那些喜欢这种审美的人。由于每个模块都独立工作,无论阴影来源如何,面板阵列往往是大的,统一的矩形,增加了优雅的外观。
John Grieser是元素能量这家太阳能公司每周在俄勒冈州和华盛顿州安装五到八个住宅系统。和许多业内人士一样,格里泽建议不要拖延,他解释说,你越早开始支付一个系统的费用,你就越接近免费能源。“在多雨的波特兰,我们一半的客户——拥有普通的房子和普通的电费——可以实现零能耗。所以在这一点上,光伏技术的渐进式改进并不重要。”
为了进一步降低每瓦的成本,制造商也在增加面板的尺寸,封装更多的电池,有效地减少面板中最昂贵的部件——框架和电子元件的数量。然而,对于具有更复杂屋顶的历史住宅,较小的面板可能更有意义。
虽然SunPower仍然被认为是光伏电池板的领先创新者,但它的许多专利已经过期,邀请世界各地的制造商利用最新的技术。根据与我交谈过的安装人员以及他们的评论,SunPower、LG、REC和松下倾向于提供性能、价格和保修的最佳组合EnergySage.com,一个公正的信息和有竞争力的报价资源。
虽然专家们普遍认为,如今很难做出一个糟糕的设备选择,但他们对那些低于25年保修期的产品、更换它们所需的劳动力和能源生产提出了警告,最好的产品在保修期的降幅不超过10%。
新技术改变了游戏规则
太阳能指数级增长和价格提高背后的一个重要原因是电池板本身——或业内所知的组件——相对于尺寸和成本,效率稳步提高。按住模块的是被称为“机架”的支架、导轨和夹子。经过几十年的改进,货架系统非常可靠,有连接到椽子的闪光支架,导轨和夹具设计的当地天气条件,如风和雪。这些组件可用于所有类型的屋顶,在过去的几十年里也变得更容易安装。Grieser说:“如果系统的规格和安装正确,就不会有泄漏和问题。”
如今的货架系统也不那么显眼了,所以更新的深色无缝面板——安装在干净的矩形阵列中——看起来更加时髦和优雅。大多数系统提供黑色阳极氧化轨道,以匹配新的美学,SunPower的InvisiMount框架隐藏夹子完全从视线。
![“机架”是将太阳能电池板安装到屋顶的安装系统的行业术语。如果正确选择和安装,这些安装架、导轨和夹具非常可靠,不会对屋顶的性能产生不利影响。](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2022/01/05071505/H305CH_NC-August-28-DSLR-00023.png)
电子技术的改进也使太阳能板在更多地方的效率更高。光伏电池板产生直流电,必须转换成交流电供住宅使用。如今,模块级电力电子(MLPEs)正在创新这一过程。MLPEs的最大优点是优化每个模块的输出,而不考虑太阳和阴影条件。相比之下,旧的阵列,如果单个面板被遮蔽,就会完全关闭。MLPEs允许太阳能阵列安装在屋顶和多个平面的更多地方,而不考虑树木和烟囱,在给定的位置允许更多的输出。MLPEs的广泛采用也意味着消费者可以享受价格优惠。
Peavey回忆说:“当我10年前开始工作时,安装太阳能设备的价格是每瓦7-8美元。”根据EnergySage.com的最新市场报告,在实行信贷和激励措施之前,各州的太阳能发电成本在每瓦2.30美元至3.15美元之间。Peavey说:“这是因为我们可以在屋顶的任何地方以任何角度安装,所有优化,遮阳不重要。”“你会得到更多的灵活性,以及更好的产品质量。”
MLPEs还内置了监控,所以您可以看到每个面板正在生产什么,也可以查明任何问题或设备故障。“还有什么其他设备能够提供这种粒度级别?”葛瑞斯问道。“对于HVAC或miniplits,你不能总是判断制冷剂管道是否加压正确或过滤器是否脏,这可能会对性能产生巨大影响。有了太阳能,你就知道你的电器是否随时都在工作,你还可以将数字与推销员的承诺进行比较,就像树木在路上生长一样,等等。”
MLPEs满足最新的国家电气规范(NEC)模块级快速关闭的要求,旨在保护火灾战斗机、商人和其他人在模块和电表之间的任何地方都不会遇到危险的直流电压水平。2014年NEC的改动要求在系统的某个地方安装快速关机功能,2017年NEC将这一功能推广到各个模块本身。如果你所在的州还没有采用最新的NEC,它会的。如果您的系统在NEC更改之前,您的州可能会要求您在每个模块改装MLPEs,但有价格合理的产品可以做到这一点。
现在,许多制造商都提供了交流模块或“智能模块”,在面板背面集成了MLPE逆变器,在每个单元上提供一个即插即用连接,这使得安装更快、更容易,更少的电线可能会摩擦屋顶或被啮齿动物咬伤。这些面板价格较高,但易于安装,所以它们通常为客户节省一些安装成本。
另一个新的模块是“双面”面板,透明的背面可以让光线到达细胞的底部,例如,旨在从反射平台或露台产生一些能量。然而,我采访的专家无法从这些面板的下方测量出产量的显著增加。
一种能量储存系统
一个“并网”系统与你的公用事业公司来回交换能源。当你的模块在任何时刻产生的能量都超过你的家庭消耗的能量时,多余的能量就会反馈到电网中。当太阳下山时,电网就会为你的家庭提供所需的电力。
在年底,你只需要为使用的净能源付费。在任何给定的太阳能阵列的设计中,目标都是在不产生太多年度剩余的情况下,使这个数字尽可能接近于零,而大多数公用事业公司不会为你支付剩余的费用。以特斯拉(Tesla)颇受欢迎的Powerwall单元为主导,电池存储可以在停电时替代电网,就像发电机一样,为你的整个家庭或少数重要电路提供备份。事实上,发电机和电池备份可以一起使用来处理长时间的停电。
![除了屋顶面板,大多数系统将添加到你的家是一个安装在外墙的小逆变器盒(图中右边)。如果你选择了电池存储系统,那么更大的单元可以放在家里或车库,甚至外面,如图所示。](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2022/01/05074318/H305CH_PWRCELL_HOUSE_CABINET-INVERTER_FRONT.png)
尽管电池的价格昂贵到可以是普通系统安装价格的两倍、三倍甚至四倍,但根据存储容量的不同,电池备份越来越受欢迎,这主要是由于灾难性天气事件的增加。如今,几乎所有的太阳能组件制造商都加入了这场与Powerwall竞争的游戏,每个主要制造商都希望成为住宅太阳能组件的一站式商店。
Generac的然而,方法是独特的。通用电气以其传统的备用发电机闻名,最近推出了自己的电力传输、优化、快速关机和电池存储组件。这种完全集成的系统被称为PWRcell,包括除了屋顶模块以外的所有组件,有望成为Enphase和SolarEdge的独立mlpe的强大竞争对手。
超过标准的屋顶板
虽然标准的屋顶安装仍然是王道,但也有其他方法安装面板,以及其他放置面板的地方。最受关注的创新可能是特斯拉在2016年大张旗鼓地宣布推出的光伏屋顶瓦片——太阳能屋顶。虽然该公司接到订单已经有一段时间了,但专家表示,实际情况还有很长的路要走,实际成本比原来几乎翻了一番。
对于在他们的财产上有一个大的阳光田的房主,地面安装阵列可以是一个很好的选择。该设备的空间可能是无限的,面板可以指向或倾斜,以实现最佳生产,积雪和碎片可以手动清除。地面安装系统占住宅安装的10%修改能源最近,这家总部位于新英格兰的公司专门派了一组人员来安装螺旋桩,将这些阵列连接到地面上。
![太阳能电池板几乎可以用于任何地方。如果设计得当,可以增加重量和风荷载,凉棚和车库可以是安装电池板的好地方,有阳光照射的田地的房主可以安装大型地面安装阵列。](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2022/01/05074608/H305CH_D-COLS13-1-24-112-Edit.png)
ReVision公司的布兰登·伯纳德(Brandon Bernard)说,与屋顶安装相比,地面安装阵列的前期成本略高,因为它的机架系统更大,而且沟槽将电力输送到家庭。“但整体经济状况很好,”他补充道。“回报周期是相似的,因为你可以优化面板角度和阵列。”
车棚、藤架、天井罩和其他遮阳结构为光伏组件提供了额外的面向天空的购买,但专家们提出了一个重要的警告。“这些建筑通常在太阳能方面设计不足,”长期安装住宅的吉姆·巴克豪斯(Jim Bakhaus)说,他现在是总部位于丹佛的度假能源投资公司(Resort Energy Ventures)的项目经理。“你需要看看它是否为增加的重量载荷、风载荷和抬升而设计。”
Asa Christiana是Fine Homebuilding的特约编辑。照片由Topher Donahue,除了注明。
来自Fine Homebuilding #305
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这篇文章写得很好,特别是太阳能承包商在安装实用性方面的投入。也喜欢关于MLPEs的讨论,虽然我以前从未见过微型逆变器缩写为MEs。我在太阳能行业工作了40多年,还拥有上面提到的一些MLPE公司的股票!
写得很好,但有一个重大的遗漏——对网络计量的战争!在加州、佛罗里达和其他州,居民光伏发电的经济效益将受到巨大冲击,这些州将取消电价抵扣,并/或在公用事业公司的要求下考虑硬性增加费用。