砥礪半生磨一劍 逐夢光伏業(yè)降本增效
——記包頭市杰華太陽能研究所李杰吾

記者/楊靜

科技創(chuàng)新，精彩無限。近年來，從“嫦娥”攬?jiān)碌健棒撕汀敝鹑?，從“天和”遨游星辰到“慧眼”探索宇宙奧秘，一項(xiàng)項(xiàng)創(chuàng)新成果，匯聚起了科技強(qiáng)國的澎湃力量，也凝結(jié)為獻(xiàn)禮二十大激揚(yáng)樂章中的最強(qiáng)音。偉大科技成就的取得，離不開背后一代代科技工作者們的苦心孤詣砥礪前行。內(nèi)蒙古科技大學(xué)物理學(xué)教授、包頭市杰華太陽能研究所所長、中國能源學(xué)會常務(wù)理事李杰吾，就是這樣一位畢生致力于以科技創(chuàng)新推動強(qiáng)國建設(shè)的科研工作者。

作為革命烈士之后，愛國為民的紅色精神奠定了李杰吾的人生底色，也成為他此生不變的追求。1982 年起，李杰吾就投身光伏發(fā)電這一事關(guān)國計(jì)民生的前沿領(lǐng)域，孜孜不倦于技術(shù)攻關(guān)，三十多年磨一劍，終于在2020 年破解了光伏發(fā)電降本增效這一世界性的難題，為我國能源改革事業(yè)增添了強(qiáng)勁動力，也為中國躋身世界科技強(qiáng)國行列提供新引擎。

道阻且長 精益求精

2018年12月，“微聚光光伏系統(tǒng)”正式被列入包頭市“重點(diǎn)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目”，這意味著李杰吾“實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，造福于國家和人民”的理想終于開始落地。此后的2020 年5 月與2021 年7 月，在李杰吾主導(dǎo)下，內(nèi)蒙古包頭與湖南新化建成3KW 與4KW的微聚光光伏發(fā)電機(jī)。實(shí)踐證明，李杰吾研發(fā)的微聚光光伏發(fā)電機(jī)，在對抗大風(fēng)、嚴(yán)寒等各種極端天氣的同時，能夠做到長期免維護(hù)持續(xù)360 度準(zhǔn)確對準(zhǔn)太陽，可將當(dāng)前各種高效光伏大組件的年發(fā)電量提高50%～70%。大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的情況下，聚光跟蹤主件的成本可降至0.7 元/W 以內(nèi)?！敖ㄔ焱β实墓夥娬荆酃飧櫴讲粌H所需光伏組件少，而且每年的發(fā)電量能夠高過以最佳角度架設(shè)的固定式35%左右，可使光伏電力成本大幅下降”，李杰吾進(jìn)一步解釋道。

李杰吾

誠如李杰吾所言，微聚光光伏系統(tǒng)在光伏發(fā)電降本增效方面的突破令人驚嘆，2021 年，光伏專委會趙玉文與王斯成兩位專家曾極力建議李杰吾將該項(xiàng)目申報國家“顛覆性技術(shù)項(xiàng)目”，“用一套驅(qū)動就能實(shí)現(xiàn)雙軸高精度跟蹤，而且能夠達(dá)到超高可靠性，創(chuàng)新點(diǎn)非常多，這套技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用后，無疑會把我們國家的光伏應(yīng)用水平推向新高度”，王斯成如是評價。

雖然李杰吾的聚光跟蹤光伏系統(tǒng)以其獨(dú)創(chuàng)性引領(lǐng)行業(yè)風(fēng)潮，但其實(shí)通過聚光跟蹤技術(shù)來降低光伏系統(tǒng)成本的想法并非他首提。早在1979 年的美國亞特蘭大世界太陽能大會上，就有人提出這一思路，但遺憾的是，以這一思路為主導(dǎo)建成的高倍聚光光伏電站不但沒有實(shí)現(xiàn)降低成本的目的，反而比固定式光伏電站成本高兩三倍。

1982 年，包頭建成一家太陽能電源廠，但成本高達(dá)72 元/瓦。這件事引起李杰吾的注意，讓他萌生了投身太陽能科學(xué)研究的念頭，并進(jìn)一步確立了“讓太陽能發(fā)電成本降到火力發(fā)電水平”的奮斗目標(biāo)。值得一提的是，當(dāng)時的他，正在包頭一所大專教授物理課程，而在這之前的1979 年，他曾以優(yōu)異成績與深入研究15 年寫成的長篇論文《液體薄膜的力學(xué)規(guī)律與微分幾何》考取了清華大學(xué)物理系研究生，卻因?yàn)殇浫⊥ㄖ獣划?dāng)?shù)亟逃块T扣留而延誤了入學(xué)。

愿景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)從未有坦途，然志者總在全力以赴。經(jīng)過一年的周密籌備，1983 年，李杰吾與同事組成聚光跟蹤光伏課題組，全身心投入到聚光光伏系統(tǒng)的研發(fā)中。其間雖然取得不少成果，多次斬獲國家級榮譽(yù)，甚至還在1997 年被美國一家雜志評選為當(dāng)年的“世界科學(xué)名人”，但李杰吾始終認(rèn)為離自己“讓太陽能發(fā)電成本降到火力發(fā)電水平”的奮斗目標(biāo)還有距離。也正是出于這一考量，1990 年到1995 年期間，李杰吾甚至兩次拒絕了國家撥款千萬元科研資金，“政府建議讓我?guī)ь^實(shí)施國家級火炬計(jì)劃生產(chǎn)推廣聚光光伏系統(tǒng)，但在我看來，當(dāng)時自動跟蹤的可靠性與光伏組件的散熱問題解決的并不理想，所以就謝絕了國家的巨額經(jīng)費(fèi)，先踏踏實(shí)實(shí)一步一個腳印解決技術(shù)難題才是最重要的”。

初心如磐 篤行致遠(yuǎn)

謝絕國家千萬元撥款后，2001 年，李杰吾從內(nèi)蒙古科技大學(xué)正式退休。但對他而言，退休不過意味著將實(shí)驗(yàn)室從學(xué)校搬回家里，科研的腳步并沒有任何停滯。甚至為了更好的開展業(yè)務(wù)，他自籌資金成立了包頭市杰華太陽能研究所，并賣掉北京的房子作為科研經(jīng)費(fèi)，繼續(xù)探索大幅度降低光伏發(fā)電成本的新技術(shù)。

以前期多年的研發(fā)為基礎(chǔ)，再綜合世界其他國家在光伏發(fā)電課題領(lǐng)域遭遇的瓶頸，李杰吾的靶向目標(biāo)逐漸清晰：研發(fā)一種可靠而低成本的二維自動跟蹤系統(tǒng)以及在十級大風(fēng)下仍能運(yùn)行且不需要散熱的非對稱聚光系統(tǒng)。此后八年間，以這一目標(biāo)為導(dǎo)向，李杰吾相繼研制出五種樣機(jī)，攻克四項(xiàng)核心技術(shù)，終于在2008 年年底成功研制“非對稱聚光跟蹤光伏系統(tǒng)”。經(jīng)檢測，新系統(tǒng)的發(fā)電能力可比固定光伏系統(tǒng)提升一倍，而產(chǎn)業(yè)化成本則降低20%以上，2010 年，“非對稱聚光跟蹤光伏系統(tǒng)”通過國家發(fā)明專利審批。

解決了單電機(jī)、單電控實(shí)現(xiàn)雙軸同步跟蹤后，李杰吾帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步加快從理論到技術(shù)的全面攻關(guān)。2015 至2017 年，他們將石英鐘時控變?yōu)橥叫l(wèi)星原子鐘的精密時控，基本消除了跟蹤積累誤差；2018 至2019 年，又達(dá)成整機(jī)在全球十級風(fēng)以下地區(qū)仍保持準(zhǔn)確跟蹤運(yùn)行的創(chuàng)舉，實(shí)現(xiàn)停電期間自動復(fù)位；2018 年，他在太陽能學(xué)報發(fā)表《主動對日雙軸跟蹤物理理論》，用一個與客觀規(guī)律完全吻合的方程取代了舊天文學(xué)假想天球下的五個方程，科學(xué)且簡潔的解決了長期準(zhǔn)確正對太陽的世界難題。

因?yàn)槭状巫龅焦夥M件每日360 度數(shù)年持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并精準(zhǔn)指向太陽，李杰吾研發(fā)的新系統(tǒng)被命名為“定日光伏發(fā)電機(jī)”。值得一提的是，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，由于該系統(tǒng)屬于高精度雙軸跟蹤器，如果用于高倍聚光光伏系統(tǒng)，將能更好的發(fā)揮其高精度、高可靠、低成本優(yōu)勢，有望使高倍聚光光伏產(chǎn)業(yè)重獲新生。

十八大以來，習(xí)總書記多次強(qiáng)調(diào)，“要把促進(jìn)新能源和清潔能源發(fā)展放在更加突出的位置，積極有序發(fā)展光能源、硅能源、氫能源、可再生能源”。在這一理念的推動下，李杰吾在太陽能聚光跟蹤領(lǐng)域一系列科研成果的價值更加凸顯。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)外許多大中型企業(yè)，如隆基、大唐、太原重工、保定英利以及中廣核等都對李杰吾的科研成果表現(xiàn)出濃厚興趣，隨著技術(shù)優(yōu)勢的逐一落地，李杰吾推動光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)降本增效的人生理想終將落地開花。

從縷縷青絲到滿頭白發(fā)，近半個世紀(jì)的時間里，李杰吾全力以赴向著為光伏電力降本造夢的人生理想邁進(jìn)。物有甘苦，嘗之者識；道有夷險，履之者知。從李杰吾的科研人生中，我們看到的是老一輩科研人員的精神風(fēng)骨與責(zé)任擔(dān)當(dāng)，而這，恰是中華民族實(shí)現(xiàn)偉大復(fù)興的歷史進(jìn)程中最內(nèi)核的驅(qū)動力。