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美国太阳能热产业的昔日、今日及明日

太阳能热水系统更具成本优势

2007年10月美国纽约的一位名叫约翰•德拉诺的大学教授,决定投资太阳能热水器系统。原因则是多年来寻求各种方式降低家庭CO2排放的环保主义者德拉诺先生发现,尽管他的家庭已经安装了一部将太阳的光热能量转化为电能的太阳能供电板,但是他注意到他家所需的热水还需要花费更多的能源。

“这就像一个充满魅力的组合。”他说。目前这两个系统,使他一年中大约5个月只需向常规电供应商支付10美元电费(晚秋及冬季也只比这高一点)。然而,最令德拉诺惊讶的是,太阳能热水系统竟然比光伏电池更具成本效益优势。

  “他们都产生或可取代一定可比数额的常规电力,但太阳热能系统的成本仅是(光伏)系统成本的四分之一;因此它具备4倍左右的成本效益比较优势。”德拉诺教授说。“我想如果我这样做了,我将开始拥有一个更具成本优势的热力系统。”

太阳热能技术的前世今生

  事实上太阳热能技术已经存在了好几个世纪。尽管它相对于其姊妹产品光伏板缺乏更多的高科技感,但是每平方英尺太阳能热板能够产生较后者约4倍以上的新能源,而且安装成本比光伏板更低。

  虽然美国的太阳能热产业在70年代和80年代,经历过一个繁荣与萧条的时期。但是在联邦税收鼓励措施刺激下,该产业已经走向复苏。尤其是2006年联邦政府针对太阳能热水系统追加了一项退税计划之后,促成了太阳能热水系统的安装量从06年的8000套增加到去年的(2008年)大约25000套(组)。尤其要感谢是奥巴马新政府的消费刺激计划,该项大大降低了太阳能热系统安装成本的联邦税收减免计划,提供了2000美元或安装总费用的三分之一左右的税收优惠。同时许多联邦州也提供百分之二十至百分之三十五的税收减免优惠,联邦政府及州政府奖励加权以后,太阳能热水系统的安装成本降低了百分五十以上。尽管目前作出新的激励措施将足以引发太阳热技术新的繁荣有点为时尚早,但毫无疑问目前这个行业是充满乐观的。

太阳能热水技术其实是相当简单的。当将太阳热能设备约45度仰角安装在天台或者房顶上,并且选择一个追赶太阳光和热的最佳位置(或者加装光热感应式旋转云台,自动对焦模式)。利用最简单的热能转换技术,吸收太阳光及空气热能,从而将水加热到最高大约120摄氏度,然后通过储水灌及热水回流管道传输到家庭终端水龙头等所需热水的地方。

甚至通过DIY自制的简单的太阳热系统,仍然可以大大节省家庭所需的电力。“通过阳光加热热水的方式,太阳能热水系统取代了约三分之一的总电力。”环保主义者罗斯福表示。

在纽约,由于冬天很多日子温度低于零度以下,因此为了防止管道冻结需要一个更复杂的系统。但这已经不是复杂的技术,通过物理防冻,防冻液或者电力辅助加热的方式,冬天仍然可以用上太阳能热水,并非难事。

太阳热技术与光电技术比较

美国纽约的太阳能热系统安装工程师巴加拉格尔表示,由于吸收式太阳热能系统能够收集各种各样的太阳辐射,他们实际上比光伏板更能有效地收集能量。对于一个硅太阳能电池来说,只有一个特定波长的光提供了激发电子,使电流流动的正确能量;而另一方面,太阳能热板不必担心光转换为电能的问题,其黑色的表面使他们能够吸收所有波长的光。因此,光伏板太阳能光电转换的效率仅为15%~18%,而太阳能热板在加热水的过程中,能够转换约百分之七十左右的太阳热。

拉格尔表示,虽然许多家庭仍需要通过电力抽水或者阴天情况下热水器的转换效率略低一些,但是太阳热系统仍能够帮助人们普遍降低约百分之七十左右的热水成本。纽约太阳能热系统安装公司EarthKind能源公司的创始人,罗恩卡门则表示,一般情况下家庭用户在未来五至10年可以收回太阳能热水系统全部的购买安装成本。

众所周知,太阳能热水远非一项新技术。在上世纪初加利福尼亚州和弗洛里达州地区,大部分家庭即使用上了较为简单版本的太阳热水系统。但是在石油工业大发展推动石油大降价之后,太阳能热水系统一度显得过时。然而,在上世纪70年代期间,由于阿拉伯石油禁运,太阳能热水系统东山再起,然后再1979年~1986年卡特总统实施了太阳能热水系统约百分之四十的联邦税收减免期间蓬勃发展。

但是,这一切都在1986年1月1日,当时的里根政府宣布退税政策到期的这一天改变了。奥斯汀德克萨斯大学机械工程教授加里·威列特表示,这一举措导致了美国太阳热能产业的崩溃。“在六个月内,它已经彻底死了。人民则彻底地放弃了太阳能热系统。”他说。

该行业在2005年之前陷入休眠状态,直至国会恢复了税收减免政策。目前,美国太阳热业务有所回升,但发展水平一直低于卡特时代。“我们看到了这个行业的复出,尽管规模尚小但正在变得越来越大。”美国能源部设在科罗拉多州戈尔登的国家可再生能源实验室,能源分析师保罗·德诺姆表示。“近一段时期以来石油价格不断上涨,以及新刺激政策退税率调升,均在当前的增长中发挥了积极的作用。”他说。

 当然太阳能热系统的总成本取决于诸多因素,包括你的生活习惯和面临的政策及居住地区环境、气候环境等。但是,对于大多数用户而言,百分之三十的新的税收减免优惠显然比2000美元的奖励能够提供一个更大的激励动力,因为该系统的费用超过6000美元。例如,纽约地区的一个典型的安装费用介于8000美元和12000美元之间。但是,联邦州奖励加上百分之二十五的国家税收减免,成本将下降到5400美元~3400美元,甚至更低。

太阳能行业协会太阳能热利用分会主席拉斯·尼尔森(Les Nelson;)表示,太阳能热系统相对于光伏发电系统而言是一个很便宜的家用系统产品。在剔除奖励和税收减免之后,家用太阳能光伏供电板的安装成本费用仍达到30000美元~40000美元,还不包括后期更换电池等维护费用。但是,在使用范围而言,光伏发电可以供整个房子使用,而不是热水。但是因为其效率较低的原因,他们所产生的能源效益与太阳能光伏热系统比则相形见绌。

美国纽约地区光伏及太阳能热系统的太阳能安装公司SUNDOG太阳能公司的销售副总裁Ferris Wyman;表示,较低的成本以及更快的投资回报时间使太阳能热系统成为更实际的选择,尤其对那些在金融危机背景下削减生活开支,希望减少能源使用费用的消费者而言。“如果你想比较这两个系统,你在比较系统成本的同时,还得比较他们谁能快速地实现投资回报。目前来看,太阳热能热水供应及功能是最优的选择。”Wyman说。

然而,消费者不应因光伏电板较高的价格而放弃对该产品的选择。“目前还没有一种对于太阳光伏电板及太阳能热水系统孰优孰劣的普遍法则。因为这取决于很多的影响因素。”全国可再生能源实验室的德诺姆表示。譬如,对于单身家庭光伏系统是最佳的候选人,因为这些房屋往往不需要使用太多的热水,所以他们将不会从太阳能热水系统中看到更大的经济收益。”

“当你用一个大锅炉烧热水,当然你可以得到更多的热水。但其实你正在为此而失去更多的成本效益。”Ferris Wyman;说。“因此,(太阳能热系统对个人家庭来说)并没有太多的真正意义。一个人一天使用二十加仑的热水就没有必要去选择一种八十加仑热水的供应设备。”她说。

尽管太阳热水系统成本效益突出,但是相对于光伏而言却很少受到政界和商界的关注。“太阳热能产业也很多时候像孤儿一样孤独前行,因为它在政治上不具备太多的吸引力。”德诺姆表示。正是由于这种冷落,导致消费者(在太阳热系统方面)的投资非常少。“如果你到全国各地,你会发现,人们都是把光伏放在了第一位。甚至不考虑太阳能热水,这真是有点疯了。”机械工程师卫列特愤愤不平的说。

也有一些人认为,太阳能热水系统的简单可能导致其衰落的根本原因。德诺姆分析称:“光伏显得有些过热,仅仅因为其某些高科技元素,他似乎比太阳能热水系统更具备吸引力。”

光伏系统走红的另外一个原因则可能是其比太阳能热水系统更具备广泛的用途。太阳能行业协会的Nelson表示。

太阳能热水和光伏安装公司GroSolar创始人杰弗里沃尔夫认为,此外,越来越多的企业也可能或几种在光伏系统安装上,因为他们比太阳能热系统更容易设置。因为,热水系统需要在正确的地点排布输送水管线,而光伏发电系统则可以通过房子原有的电力线路提供电力。

太阳能热产业的新机遇

虽然太阳能热技术及热水系统在美国一直没有很好地得到发展,但是它在世界其他地区一直在呈现扩大的态势。EarthKind能源公司的创始人卡门透露,目前全球约有4200万太阳能热系统安装在世界各地。在欧洲,许多国家认为,该行业每年每个国家增加约500个装置的安装量,并将在短期内增高涨到20000个单位以上。卡门表示,目前欧洲很多国家已经开始把重点放在了太阳能热技术改进领域。至于目前纽约州现有的约500个单位的太阳能热水系统安装改良,由于纽约州目前有大约500名设施,但是,在美国的许多州,如果他们按照欧洲模式的话,太阳能热利用行业将面临一个平地起飞,拔地而起的新机遇。

卡门认为在美国有着许多导致太阳能热产业在欧洲崛起的同样因素。 “‘美国公民’现在已经具备所有的框架条件 。”卡门说。“随着环境问题的日益突出,以及未来能源价格的不确定性以及不安全感,再加上最近出台税收激励措施所带来的成本效益,均将助推该行业在美国迅速成长。”他说。

沃尔夫对太阳热能的产业同样也持着乐观的态度。“我认为,‘太阳能热水’与太阳能光伏发电应该有正确的行动。在下一个十年,我们会发现它可能是。”他说。

如果太阳能热水应用发展到更大的规模,那么它可能有助于降低美国的能源使用量。美国国家可再生能源实验室能源研究员德诺姆,在2007年进行了大量的能源对比性研究。他发现,如果美国家庭可以大量利用太阳能热水技术,那么太阳能热水系统将可带来每年节省下美国能源消耗总额约1%的能源节约及环境减排效益。

“这似乎不是很多,但1个百分点将是一个非常大的数目。”他说。“我们这个国家为了烧水,使用了太多的能源。并且毫无疑问,太阳能热水将可以提供一个非常重要的能源节约优势。”德诺姆坚定地表示。

不过我们欣喜地看到,夏威夷州州长已经签署了一项将太阳能热水系统法定义务化的方案。根据该项方案,2010年1月1日之后,针对未设置太阳能热水器的新建建筑,将不予核发建筑许可。与此同时,根据美联邦政府和当地政府的减少用电,新能源利用退税奖励计划,安装太阳能热水器的用户每年还将获得1700美元~2600美元不等的太阳能消费补贴。另外,美国北卡罗纳州、华盛顿州等地方政府,则不同程度的出台了鼓励限制电热、燃热使用,推动太阳能热水器置换的地方法案或补助政策。至于太阳能热水系统会否在美联邦中央政府及联邦各州法定义务化强制性安装,则尤为值得我们共同期待。

那么,我们是否可以认为美国太阳热水产业,已经开始迈向经济危机之后的第一个春天了呢?让我们静静等待……

作者简介及附注:

Rachael Rettner;系纽约大学环境与可持续发展《Scienceline》网络杂志的责任编辑,本文依据Rettner7月20日发表的《More Than; Hot; Air;》一文编译。由于编译者水平有限,疏漏之处谨向原作者及读者致歉。

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