机械化陆地光伏太阳能

材料问题

下图显示了传统发电方法使用了多少材料。材料主要包括钢、混凝土和玻璃。就产生的每单位生命周期电力的重量而言，光伏太阳能发电场使用的材料与水电大坝一样多。这是很多，我们希望减少，以降低太阳能的成本，并减少制造材料时排放的CO 2。

图 1：材料使用

大规模生产和自动化支持的光伏 (PV) 太阳能发电场

硅太阳能电池通常覆盖有 3.2 毫米（0.125 英寸）厚的钢化玻璃，以防止冰雹和风。风施加巨大的力量。例如，每小时 100 英里的风向表面施加每平方米 220 公斤的压力。保护硅 30 年需要大量材料。 

太阳能农场通常将硅太阳能电池安装在离地面 1.5m 的地方。或者，工程师可以探索将约 2 毫米厚的柔性薄膜太阳能材料直接展开到土壤上，其方式类似于将 2 米 x 100 米的地毯展开到表面上。在安装之前，土地将在计算机控制下用土方设备成型。

起初，这似乎是个坏主意；然而，我们有充分的理由落地。工程师可以着眼于克服诸如土壤侵蚀、风引起的向上压力以及保持材料清洁等挑战。

传统的光伏太阳能发电场使用铝和玻璃来抵抗风荷载。或者，直接到土壤使用土壤以获得刚性，并使用薄膜转换材料代替硅太阳能电池。薄膜通常是可卷曲的，抗冰雹，并且不需要 3.2 毫米厚的保护玻璃。它还具有较低的转换效率，并且每年的效率下降更多，这意味着对于相同的能量输出，人们需要更多的土地。然而，如果一个人有无限的土地供应，他们可以专注于每瓦成本，而不是每平方米成本。

地上层可能类似于带有嵌入式钢丝网的扁平柔性塑料。为了固定住，安装机械可能会在地下安装一个平行的材料层，大约在地面上方的 50 厘米以下。地上层可能通过金属链连接到地下锚固层。 

下面的图片说明了这个概念。

图 3：光伏和自动化

一些地区比其他地区更可行。例如，每月降雨量为 3 厘米且土壤稠密的沙漠可能是最合适的。工程师需要进行 30 年的模拟和风洞测试，以确保风和雨引起的土壤运动是可以接受的。 

目前，硅基太阳能电池板量产，成本低于薄膜。然而，直接土壤使用较少的金属、玻璃和混凝土；薄膜光伏比硅太阳能电池更容易制造；因此，如果大规模生产，直接接触土壤薄膜的成本应该会更低。此外，它将消耗更少的材料（即更少的材料吨/生命周期-TWh）。

塑造土地的机器可能看起来类似于土方设备；清洁的机器可能看起来类似于农业喷洒器，但用水量更少。

农业农场由人工维护了数千年，直到拖拉机出现并实现机械化。今天，我们主要靠人工维护太阳能发电场；从理论上讲，它们也可以机械化。 

新一代光伏太阳能发电场需要安装、维护、清洁和批量生产材料的机器。如果缺少一台机器，收入为零。随后，公司最初不会参与，因为这是“太大”、“移动部件太多”和“风险太大”。推动这一进程的唯一方法是政府或基金会最初支持发展。最终，公司会在确定一种获得投资回报的方式后参与进来。

一个合理的进步是在 24 个月内向 10 个不同的团队提供约 200 万美元，以探索机械化陆地光伏太阳能。上面的概念就是一个例子；然而，人们可以探索其他想法。团队假设政府没有资金来推进设计，直到公司愿意参与。换句话说，只要最终降低太阳能的成本，多台复杂且昂贵的机器是可以接受的。世界正在考虑在太阳能上花费数万亿美元；因此，花费 2000 万美元探索多个概念，并在机器和工厂上花费数十亿美元是合理的。显然，先花小钱验证可行性，然后再花大钱。

如果大型政府不想降低全球太阳能发电场的成本，他们可以资助开发，并免费赠送所有设计。 

传输计算机文件可能是一个国家让另一个国家脱碳的最便宜的方式。

审核编辑：郭婷