太陽能時代到來

呂　靜

隨著對太陽能電池研究的投資迅速增長以及太陽能電池效率的穩定增加，利用太陽能發電將越來越受到重視

理論上，解決世界能源問題的方法相當簡單——找一塊陽光明媚的大小相當于美國得州一半的地方，想出一種辦法捕捉到20%散落到這個地方的太陽能，能源問題就解決了。太陽能取之不盡，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。

利用太陽能真有這樣輕而易舉嗎？非也。多少年來，支持太陽能的人一直在為每一項太陽能技術革新歡呼，但一次又一次，這些突破都未能在生產實踐中得到具體應用。最主要的原因是，與核能或風能等其他形式的能源相比，太陽能技術昂貴、低效。若無實質性的成本下降，很難觸發太陽能利用的大轉變。

而今的情況不同了，政治意向、經濟壓力與技術進步三個因素綜合起來，將人類推向了太陽能新世紀的邊緣。

如今，全世界的人都已廣泛接受了化石燃料造成環境危害這一事實，加之對太陽能電池研究迅速增長的投資，以及太陽能電池效率的穩定增加，利用太陽能發電這種經過證明的可靠方法符合當前這個大時代。

效率提高，成本減小

最早的太陽能電池效率只有6%。很長一段時間內，這個領域的研究進展都是零散的，到后來才逐漸地將效率提高到15%的最好狀態，但是其昂貴的價格只有軍方和太空探索項目才能負擔得起。直到最近10年間，那些并不昂貴的電池才發生了巨大的改變——效率提高到20%，并還在進一步提高中。

去年，美國紐瓦克特拉華大學的艾倫?巴內特與同事設計了一種破紀錄的新電池，其能量轉換效率達到42.8%。巴內特認為目前在商業規模上使用的電池應該已能達到50%的能量轉化率，且因為這種設計結合了現代的制造技術，制造成本下降得也很快。

德國光子咨詢公司的太陽能工業分析家米歇爾?羅格指出：在日本、美國加州和意大利，這些世界上電價最高的地方，太陽能發電的成本在某種程度上已經可與天然氣發電、核電等其他類型的發電競爭。比如在美國，電的平均價格是每千瓦時10美分。而太陽能發電的成本已經大致降到了20美分，這個價格為光伏電池造就了一個繁榮的市場，如今太陽能光伏電池以每年35%的速度在增長。私人投資者也開始對此有了興趣。主營太陽能開發的公司股票面值從2006年1月的400億美元升高到今天的1400億美元，這標志著太陽能在全球市場中已經變成了發展最快的行業。

美國總統布什已認識到這種新開端，將1.68億美元聯邦資金撥給了“太陽能美國計劃”，這是一個計劃于2015年前降低光伏技術成本，提高太陽能與其他能源技術競爭力的研究項目。羅格認為布什的目標是可以實現的，他說生產光伏設備的成本已經降低到一定水平，在某些地方，光伏發電量已經不輸于常規發電。

政策支持

除了技術支持，很多國家還出臺了對太陽能利用的財政補貼。

在太陽能技術的推廣方面，領先國家是德國。人們也許會感到奇怪，雖然萬里無云的好天氣并不多見，但德國卻非常關注太陽能的利用。2003年11月，除了石油、天然氣價格的上升，人們對全球變暖的關注也在增加。為了保證太陽能的市場，德國議會通過了一個高價收購太陽能電力的政策項目：任何利用太陽能發電的人都能以每千瓦時0.45～0.57歐元的價格將其所發的電賣到德國國家的高壓輸電網中，這個價格是消費者購電費用(約為每千瓦時0.19歐元)的3倍。德國的發電公司需要通過法律支付這項費用，該法律將一直延續到2024年，這項措施有效刺激了企業在太陽能電池板的投資，使他們有信心贏回自己系統的投資，并有可能轉而盈利。

今天，德國有超過30萬家光伏系統，大部分都是家庭和小企業安裝在房頂的，它是世界上發展最快的光伏市場，占有全世界使用的光伏電池板的55%，每年太陽能發電量300萬千瓦，相當于3～5個常規電站。

去年，緊跟著德國人的腳步，意大利和西班牙也相繼推出了各自的關稅補償計劃。與此同時，“太陽能美國計劃”也撥款28億美元，補貼安裝造價高達每瓦2.5美元的新型光伏系統，美國的目標是在2018年建成發電300萬千瓦的容量。羅格預計，到2008年底，約有20個國家將會對太陽能給予類似的稅收補貼計劃。

人們希望，通過鼓勵需求，這些政策上的傾斜能夠刺激光伏的研究和生產技術，將太陽能的成本降低下來。

新思路，新設計

另一項旨在改進主流太陽能設計的革新思路是：應用透鏡來聚焦和放大投射到太陽能電池板上的光量。在合并聚焦鏡最為成功的設計中，有一款是由美國加州的索連特能量公司研制的，設計的裝置可以將太陽光聚焦500倍到光能接受面。巴內特破紀錄的電池也采用了一種新型聚能器，不過這種聚能器只需要將光強化20倍。

當然，人們還有制造更為廉價、效率更高的雄心勃勃的太陽能電池計劃。在世界范圍內，一些研究小組正在致力于研究一種叫做量子點的納米晶體，目的是研制出效率在42%的低成本太陽能電池。馬丁?格林是這一領域的領袖，他設計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納米晶體。他想解決常規太陽能電池的一個特別問題：進入光子所提供的部分能量存在熱損失。格林設計了“熱搬運器”電池，這種電池從光子到電子，能轉化更多的能量，產生更高的輸出電壓。他說:“原則上，一個熱搬運器電池可以有接近74%的效率。”

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

在今年7月份的時候，黑格公布了一種塑料太陽能電池組，其效率達到了6.5%，這是目前世界上塑料太陽能電池的效率最高紀錄。

黑格指出，塑料電池的好處在于它們可以利用一種“類似于印報紙方式”的印刷過程來生產，因為他們所采用的所有材料都是可溶解的。他說：“我們的目標是達到10%的效率，最終將超過這個值。”這類電池的最大優勢是廉價。“人們評論比較的是每瓦的價格，即使我們的效率比較低，但每瓦的成本價仍然有優勢，因為這種電池的制作是非常廉價的。”

也許，這正是太陽能所具有的真實魅力，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計而獲勝的。這是一場相當漫長緩慢的革命，但最終經過一些堅信太陽能的人多年來孜孜不倦的研究和投資，這一行業已開始盈利——太陽能發電的時代終于來臨了。