如今，天然气和煤炭燃烧对工业过程热（IPH）或生产过程中的热传递到材料的需求最大。随着低成本太阳能光伏（PV）技术的出现，人们越来越将太阳能作为IPH选项和工业部门的脱碳途径。
但是，行业利润微薄和生产计划紧张，引发了人们对现场太阳能满足工业过程中所需温度的可靠性的质疑。这以及其他因素阻止了将太阳能用于现场使用，2019年太阳能仅占美国工业总能耗的0.8％。
为了更好地了解太阳能在所有行业中对工业过程供热的潜力，NREL分析师开发了更高分辨率的数据，以研究三种主要的IPH太阳能技术：非集中式集热器，集中式集热器和与光伏连接的电子技术及其能力考虑到相关最终用途和技术局限性，在美国所有县的所有行业中提供中低温度范围的现场工业过程加热。
研究结果发表在NREL技术报告中，并在交互式查看器中进行了总结，有助于为持续分析奠定基础，以最终使太阳能技术与特定的IPH需求相匹配。
太阳能技术可以满足过程供暖的需求，减少碳排放，并提高美国工业部门的供热效率，从而节省多达15％至50％的能源。
然而，由于工业部门的复杂性和缺乏工业能源数据，许多经济和技术问题阻碍了大规模部署。
工业过程加热是制造业中处理或转化原材料的基本步骤，约占美国制造业能源消耗的70％。几十年来，它主要由化石燃料燃烧产生，2014年占报告的制造过程热能的90％，而1992年为92％。过程热需求的大约一半发生在中低温度范围内。
当前，热量需求较低的食品，饮料，金属和纺织行业安装的SIPH系统数量最多，尤其是在美国太阳能资源丰富的地区。
但是，研究表明，当今可用的SIPH技术，特别是太阳能和PV电加热，可以满足供热应用所需的各种温度。有机会将这些技术集成到清洁，烹饪和巴氏灭菌操作中。
麦克米伦说：“工业过程热能的大部分能源使用都可能非常适合太阳能技术。这项研究为了解当前将太阳能技术与过程热能需求相匹配提供了基础。” “它也确定了重要的研究问题，以分析在美国大规模采用这些技术的技术和经济潜力。”
将太阳能技术整合到工业领域也可以提高过程加热效率，从而节省加热生产成本。太阳能可以弥补设备和产品的废热损失。像这样的废热回收系统的平均投资回收期通常不到两年。这项研究表明，仍然有许多工厂选择不采用这些技术。
分析人士发现，采用SIPH的最常见障碍包括用于资本能源投资的预算有限，预算周期限制以及缺乏能效项目的专门工程人员。
为了继续理解技术和经济问题，分析人士建议未来进行研究，以将能效措施集成到SIPH模型中，并开发负荷曲线以使过程要求与太阳能相匹配。下一个优先事项是研究美国工业部门的生产成本和SIPH潜力，这会影响设施级别的决策。
开发高分辨率数据
现有的工业过程热研究趋向于集中在高温，高能耗的过程上。此外，到目前为止，美国的太阳能分析还缺乏包括小时热量需求数据在内的更高分辨率的数据。
NREL研究人员在先前的报告中对县级行业进行了能源估算，然后将现有的能源数据分解为过程温度和最终用途类别，例如常规锅炉或热电联产。所得数据集代表了美国工业过程热需求所用燃烧燃料的最高分辨率估算。
分析师还使用各种数据源开发了一组具有代表性的热负荷形状，以根据行业，设施规模和季节来捕获不同操作时间表下每小时过程热需求的差异。分析中还包括其他过程级别的详细信息，包括平均设备效率。
最后，为了考虑太阳能资源的可用性和可能限制系统开发的土地使用限制，分析人员使用了NREL的系统顾问模型（SAM）和可再生能源潜力（reV）模型来计算连续美国所有县的太阳能发电量。
进一步匹配源和需求
根据太阳能的发电潜力，地形特征，土地使用限制和系统性能，分析人员确定，太阳能产业过程中的热量有很多机会，可以减少美国及其周边各县各行各业的燃烧燃料使用和排放。状态。
但是，这些机会受到太阳能发电满足IPH需求的能力的限制，而当IPH需求不足时，特别是对于昼夜不停运行的行业，IPH可能会发生这种情况。分析师指出，将太阳能技术与IPH每小时需求相匹配是当前的障碍，远比将IPH温度与具有现有数据的技术相匹配更是如此。
未来的研究可能会开发更高分辨率的IPH需求数据，将行业平均数据扩展到单个设施的信息，例如运行时间表，过程温度要求以及一段时间内设备级别的供热负荷。
连同设施级别的数据，未来的研究可能会探索热能存储选项和大小，以最大程度地减少热损失。分析人士强调，存储是一种潜在的选择，可以通过在不需要时存储能量并在没有阳光的情况下进行分配来帮助平衡需求。
最后，未来的研究应考虑如何最好地将太阳能工业过程热能技术整合到工业运营中，其中可能包括开发一种决策工具，用于设施将解决方案与传统技术进行比较，跟踪安装及其性能，并与其他制造子行业合作。
NREL分析师科林·麦克米兰（Colin McMillan）说：“现在，在美国，将太阳能用于工业过程热的技术方面越来越明确，我们开始研究这些技术相对于传统燃烧技术的经济方面。我们现在专注于这些系统的经济和技术性能所需的条件，以与现有的燃烧技术相匹配。”
