太陽(yáng)能時(shí)代到來(lái)

呂　靜

隨著對(duì)太陽(yáng)能電池研究的投資迅速增長(zhǎng)以及太陽(yáng)能電池效率的穩(wěn)定增加，利用太陽(yáng)能發(fā)電將越來(lái)越受到重視

理論上，解決世界能源問(wèn)題的方法相當(dāng)簡(jiǎn)單——找一塊陽(yáng)光明媚的大小相當(dāng)于美國(guó)得州一半的地方，想出一種辦法捕捉到20%散落到這個(gè)地方的太陽(yáng)能，能源問(wèn)題就解決了。太陽(yáng)能取之不盡，用之不絕，不僅足以替代全球需要的所有能源，也是最清潔、最可再生的資源。

利用太陽(yáng)能真有這樣輕而易舉嗎？非也。多少年來(lái)，支持太陽(yáng)能的人一直在為每一項(xiàng)太陽(yáng)能技術(shù)革新歡呼，但一次又一次，這些突破都未能在生產(chǎn)實(shí)踐中得到具體應(yīng)用。最主要的原因是，與核能或風(fēng)能等其他形式的能源相比，太陽(yáng)能技術(shù)昂貴、低效。若無(wú)實(shí)質(zhì)性的成本下降，很難觸發(fā)太陽(yáng)能利用的大轉(zhuǎn)變。

而今的情況不同了，政治意向、經(jīng)濟(jì)壓力與技術(shù)進(jìn)步三個(gè)因素綜合起來(lái)，將人類(lèi)推向了太陽(yáng)能新世紀(jì)的邊緣。

如今，全世界的人都已廣泛接受了化石燃料造成環(huán)境危害這一事實(shí)，加之對(duì)太陽(yáng)能電池研究迅速增長(zhǎng)的投資，以及太陽(yáng)能電池效率的穩(wěn)定增加，利用太陽(yáng)能發(fā)電這種經(jīng)過(guò)證明的可靠方法符合當(dāng)前這個(gè)大時(shí)代。

效率提高，成本減小

最早的太陽(yáng)能電池效率只有6%。很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，這個(gè)領(lǐng)域的研究進(jìn)展都是零散的，到后來(lái)才逐漸地將效率提高到15%的最好狀態(tài)，但是其昂貴的價(jià)格只有軍方和太空探索項(xiàng)目才能負(fù)擔(dān)得起。直到最近10年間，那些并不昂貴的電池才發(fā)生了巨大的改變——效率提高到20%，并還在進(jìn)一步提高中。

去年，美國(guó)紐瓦克特拉華大學(xué)的艾倫?巴內(nèi)特與同事設(shè)計(jì)了一種破紀(jì)錄的新電池，其能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到42.8%。巴內(nèi)特認(rèn)為目前在商業(yè)規(guī)模上使用的電池應(yīng)該已能達(dá)到50%的能量轉(zhuǎn)化率，且因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)結(jié)合了現(xiàn)代的制造技術(shù)，制造成本下降得也很快。

德國(guó)光子咨詢(xún)公司的太陽(yáng)能工業(yè)分析家米歇爾?羅格指出：在日本、美國(guó)加州和意大利，這些世界上電價(jià)最高的地方，太陽(yáng)能發(fā)電的成本在某種程度上已經(jīng)可與天然氣發(fā)電、核電等其他類(lèi)型的發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)。比如在美國(guó)，電的平均價(jià)格是每千瓦時(shí)10美分。而太陽(yáng)能發(fā)電的成本已經(jīng)大致降到了20美分，這個(gè)價(jià)格為光伏電池造就了一個(gè)繁榮的市場(chǎng)，如今太陽(yáng)能光伏電池以每年35%的速度在增長(zhǎng)。私人投資者也開(kāi)始對(duì)此有了興趣。主營(yíng)太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)的公司股票面值從2006年1月的400億美元升高到今天的1400億美元，這標(biāo)志著太陽(yáng)能在全球市場(chǎng)中已經(jīng)變成了發(fā)展最快的行業(yè)。

美國(guó)總統(tǒng)布什已認(rèn)識(shí)到這種新開(kāi)端，將1.68億美元聯(lián)邦資金撥給了“太陽(yáng)能美國(guó)計(jì)劃”，這是一個(gè)計(jì)劃于2015年前降低光伏技術(shù)成本，提高太陽(yáng)能與其他能源技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的研究項(xiàng)目。羅格認(rèn)為布什的目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的，他說(shuō)生產(chǎn)光伏設(shè)備的成本已經(jīng)降低到一定水平，在某些地方，光伏發(fā)電量已經(jīng)不輸于常規(guī)發(fā)電。

政策支持

除了技術(shù)支持，很多國(guó)家還出臺(tái)了對(duì)太陽(yáng)能利用的財(cái)政補(bǔ)貼。

在太陽(yáng)能技術(shù)的推廣方面，領(lǐng)先國(guó)家是德國(guó)。人們也許會(huì)感到奇怪，雖然萬(wàn)里無(wú)云的好天氣并不多見(jiàn)，但德國(guó)卻非常關(guān)注太陽(yáng)能的利用。2003年11月，除了石油、天然氣價(jià)格的上升，人們對(duì)全球變暖的關(guān)注也在增加。為了保證太陽(yáng)能的市場(chǎng)，德國(guó)議會(huì)通過(guò)了一個(gè)高價(jià)收購(gòu)太陽(yáng)能電力的政策項(xiàng)目：任何利用太陽(yáng)能發(fā)電的人都能以每千瓦時(shí)0.45～0.57歐元的價(jià)格將其所發(fā)的電賣(mài)到德國(guó)國(guó)家的高壓輸電網(wǎng)中，這個(gè)價(jià)格是消費(fèi)者購(gòu)電費(fèi)用(約為每千瓦時(shí)0.19歐元)的3倍。德國(guó)的發(fā)電公司需要通過(guò)法律支付這項(xiàng)費(fèi)用，該法律將一直延續(xù)到2024年，這項(xiàng)措施有效刺激了企業(yè)在太陽(yáng)能電池板的投資，使他們有信心贏回自己系統(tǒng)的投資，并有可能轉(zhuǎn)而盈利。

今天，德國(guó)有超過(guò)30萬(wàn)家光伏系統(tǒng)，大部分都是家庭和小企業(yè)安裝在房頂?shù)?，它是世界上發(fā)展最快的光伏市場(chǎng)，占有全世界使用的光伏電池板的55%，每年太陽(yáng)能發(fā)電量300萬(wàn)千瓦，相當(dāng)于3～5個(gè)常規(guī)電站。

去年，緊跟著德國(guó)人的腳步，意大利和西班牙也相繼推出了各自的關(guān)稅補(bǔ)償計(jì)劃。與此同時(shí)，“太陽(yáng)能美國(guó)計(jì)劃”也撥款28億美元，補(bǔ)貼安裝造價(jià)高達(dá)每瓦2.5美元的新型光伏系統(tǒng)，美國(guó)的目標(biāo)是在2018年建成發(fā)電300萬(wàn)千瓦的容量。羅格預(yù)計(jì)，到2008年底，約有20個(gè)國(guó)家將會(huì)對(duì)太陽(yáng)能給予類(lèi)似的稅收補(bǔ)貼計(jì)劃。

人們希望，通過(guò)鼓勵(lì)需求，這些政策上的傾斜能夠刺激光伏的研究和生產(chǎn)技術(shù)，將太陽(yáng)能的成本降低下來(lái)。

新思路，新設(shè)計(jì)

另一項(xiàng)旨在改進(jìn)主流太陽(yáng)能設(shè)計(jì)的革新思路是：應(yīng)用透鏡來(lái)聚焦和放大投射到太陽(yáng)能電池板上的光量。在合并聚焦鏡最為成功的設(shè)計(jì)中，有一款是由美國(guó)加州的索連特能量公司研制的，設(shè)計(jì)的裝置可以將太陽(yáng)光聚焦500倍到光能接受面。巴內(nèi)特破紀(jì)錄的電池也采用了一種新型聚能器，不過(guò)這種聚能器只需要將光強(qiáng)化20倍。

當(dāng)然，人們還有制造更為廉價(jià)、效率更高的雄心勃勃的太陽(yáng)能電池計(jì)劃。在世界范圍內(nèi)，一些研究小組正在致力于研究一種叫做量子點(diǎn)的納米晶體，目的是研制出效率在42%的低成本太陽(yáng)能電池。馬丁?格林是這一領(lǐng)域的領(lǐng)袖，他設(shè)計(jì)了一種能和特別光譜范圍相匹配、使其能量效率更高的量子點(diǎn)納米晶體。他想解決常規(guī)太陽(yáng)能電池的一個(gè)特別問(wèn)題：進(jìn)入光子所提供的部分能量存在熱損失。格林設(shè)計(jì)了“熱搬運(yùn)器”電池，這種電池從光子到電子，能轉(zhuǎn)化更多的能量，產(chǎn)生更高的輸出電壓。他說(shuō):“原則上，一個(gè)熱搬運(yùn)器電池可以有接近74%的效率?！?/p>

加州大學(xué)圣巴巴拉分校的艾倫?黑格正在試驗(yàn)另外一種辦法。他發(fā)明了一種可以導(dǎo)電的半導(dǎo)體塑料，這種材料就像硅和其他半導(dǎo)體材料一樣，允許進(jìn)入的光子釋放電子。

在今年7月份的時(shí)候，黑格公布了一種塑料太陽(yáng)能電池組，其效率達(dá)到了6.5%，這是目前世界上塑料太陽(yáng)能電池的效率最高紀(jì)錄。

黑格指出，塑料電池的好處在于它們可以利用一種“類(lèi)似于印報(bào)紙方式”的印刷過(guò)程來(lái)生產(chǎn)，因?yàn)樗麄兯捎玫乃胁牧隙际强扇芙獾摹Ｋf(shuō)：“我們的目標(biāo)是達(dá)到10%的效率，最終將超過(guò)這個(gè)值。”這類(lèi)電池的最大優(yōu)勢(shì)是廉價(jià)。“人們?cè)u(píng)論比較的是每瓦的價(jià)格，即使我們的效率比較低，但每瓦的成本價(jià)仍然有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@種電池的制作是非常廉價(jià)的?！?/p>

也許，這正是太陽(yáng)能所具有的真實(shí)魅力，它并不是依靠昂貴的高效電池，而是憑借一種非常便宜的新設(shè)計(jì)而獲勝的。這是一場(chǎng)相當(dāng)漫長(zhǎng)緩慢的革命，但最終經(jīng)過(guò)一些堅(jiān)信太陽(yáng)能的人多年來(lái)孜孜不倦的研究和投資，這一行業(yè)已開(kāi)始盈利——太陽(yáng)能發(fā)電的時(shí)代終于來(lái)臨了。