太陽能萬能？

陳冰

傳說中的蘋果表一出，段子手們坐不住了，各種吐槽一直在朋友圈刷屏：蘋果手表讓你的一天只有18小時;聽到Apple Watch最高版本價格為1萬美元的消息，我就預感到首發(fā)會有中國;縱使你有蘋果全系，也抵不上人家一玫瑰金;好消息是腎還一直留著沒賣，壞消息是現(xiàn)在賣了也不夠了……

其實，比蘋果表更土豪的大事是蘋果正計劃在加州蒙特利縣投資建設“最大膽，最大規(guī)模，最具野心的”綠色能源項目——一座超大規(guī)模的太陽能發(fā)電站。建成后，這座發(fā)電站將輸出充足的電力，足以為6萬多加州農場，新建太空船總部以及加州所有蘋果辦公樓、零售門店以及紐瓦克數(shù)據(jù)中心供應可再生能源。

蘋果現(xiàn)任CEO庫克認為這是蘋果正在做的“正確的事情”。庫克說，蘋果的員工都清楚地認識到氣候變化確實存在，現(xiàn)在要做的并不是討論這個問題，而是該采取行動的時候。庫克表示，通過建設可再生能源也能夠獲得切實的利益，可再生能源的價格固定低廉而傳統(tǒng)的燃料能源價格則隨市場波動。

在北卡羅來納州，蘋果已經(jīng)建設了數(shù)個大型太陽能發(fā)電站，但在蒙特利縣投資規(guī)模達8.5億的太陽能發(fā)電場將會是蘋果最大規(guī)模的可再生能源項目投資。

太陽能萬能？

在化石能源日趨耗盡和環(huán)境惡化的雙重壓力下，太陽能等可再生能源受到空前重視。甚至有人樂觀地預測，作為取之不盡、用之不竭的清潔能源，太陽能在不遠的將來會代替污染嚴重且儲量有限的化石能源。

光伏發(fā)電是太陽能的主要應用之一。簡單來說，光伏技術就是利用半導體的光電效應直接將太陽能轉化為電能的一種技術。目前光伏技術已歷經(jīng)三代：晶硅電池、薄膜電池和聚光光伏電池。技術的發(fā)展來源于人們希望提高對光能的吸收效率、提高光能電能的轉換效率、同時控制成本的要求。所以三代電池有著不同的技術特點：

晶硅電池：由于硅是最理想的太陽能電池材料，具有良好的光電轉換效率，所以，人們首先想到了單一的以硅板作為介質接受太陽光并將其轉換成電能。但由于硅的開采和提煉成本居高不下，所以成本高是這種電池的主要弊端。

目前，單晶硅太陽能電池轉換效率為20%，多晶硅為18%，硅太陽能電池的理論效率為31%。由于太陽能撞擊電池的能量只是小部分轉化為電能，大部分以“熱電子”形式作為熱能散失。研究發(fā)現(xiàn)，用半導體納米晶可以捕獲那些熱電子，這樣可以將太陽能光伏的轉化效率增至66%，甚至更高。

核能發(fā)明之前，人類所有能源都來自太陽。如今，人類要向太陽索取更多。

晶硅電池另外一個不容忽視的問題就是污染和高能耗。為了生產相應可以發(fā)電的太陽能光伏板，需要消耗大量水、能源和自然資源，不僅對空氣存在巨大粉塵和二氧化硫污染，也對地下水、居民用水造成一定的重金屬污染，前段污染是其不可忽視的弊端。

薄膜電池：顧名思義就是將一層薄膜制備成太陽能電池，因為其主要以銅銦鎵硒或碲化鎘作為硅的替代品進行光電反應，所以其制造成本較晶硅電池要低廉許多，但其效率也要明顯低于晶硅電池，并且穩(wěn)定性差。

不過，被譽為“后起之秀”的薄膜太陽能電池，正在以其價格優(yōu)勢不斷挑戰(zhàn)晶硅電池的地位。瑞士材料科技聯(lián)邦實驗室開發(fā)出一種新的薄膜太陽能電池，以CIGS（銅銦鎵硒）為光電轉換材料，用柔軟靈活的高分子聚合物作襯底，其光電轉化率達到20.4%，已經(jīng)相當于多晶硅太陽能電池的效率，CIGS太陽能電池可以實現(xiàn)每千瓦時0.05美元，意味著太陽能發(fā)電成本與化石燃料發(fā)電成本不相上下，明顯低于海上風能發(fā)電成本，CIGS在太陽能電池中極具成本效益優(yōu)勢。喬治華盛頓太陽能研究主任肯·茨維貝爾指出，太陽能電池效率上1%的不同會使總體成本上產生超過10%的差異。

聚光電池：根本思想是利用旋轉拋物面作為反射鏡將太陽光匯聚到一交點上，并在這一點上安裝一晶硅電池，從而增加光能轉換率。與大面積鋪設硅板不同，聚光電池只需在焦點處安裝一小面積晶硅電池，從而大大降低了成本。缺點是在這種情況下晶硅電池的溫度極易升高從而降低光電轉換率。

毫無疑問，如果能大幅度提高太陽能轉化為電能的效率，那么太陽能發(fā)電成本將比人們想象的要低得多。業(yè)內專家指出，太陽能光伏發(fā)電，從材料、設備、電池（包括晶體硅電池、薄膜電池等）、電池組件（包括常規(guī)組件、光伏建筑一體化組件等）、兆瓦級光伏電站等光伏發(fā)電的每一個環(huán)節(jié)都有技術改進的空間，也都有成本下降的余地。一旦光伏發(fā)電的成本可以與石化能源競爭，那么太陽能市場就會大規(guī)模啟動。

據(jù)彭博社報道，未來十年，太陽能發(fā)電的成本必將呈現(xiàn)穩(wěn)步下降的趨勢——且將與煤炭發(fā)電成本相近。

彭博新能源財務公司（Bloomberg·New·Energy·Finance）稱，到2020年，大型光伏項目的發(fā)電成本將降至每瓦特1.45美元，是現(xiàn)在價格的一半。在諸如中東等大部分時間都陽光普照的地區(qū)，太陽能發(fā)電相對于化石燃料發(fā)電來說是可行的。

同時，為避免光照受云霧和黑夜的影響，可以采用空間太陽能發(fā)電，即在太空利用光伏獲得電能，通過微波或激光等多種方式傳到地面。這樣的技術成熟之后，太陽能取代化石能源就順理成章了。

中國引領光伏擴張

“穹頂下的霧霾”，已經(jīng)不僅僅是一個母親與污染的私人恩怨，而是關乎到每個人生命安全的重大生存命題。能源結構調整問題日益成為全社會關注焦點，清潔可再生能源的利用勢必將成為今后能源行業(yè)發(fā)展的主導。

國際能源署（IEA）最近在報告中表示，由于光伏模塊和系統(tǒng)的成本快速下降，開啟了太陽能作為電力主要來源的新前景。與其他能源相比，太陽能還具備分布均勻、無需開采運輸、收集簡單等巨大優(yōu)勢，因此也將是未來能源應用的主要方向。

到2030年太陽能的成本將為每兆瓦時100美元以下，并將與燃料一較高下，屆時化石燃料的碳價格每噸50美元左右，在2050年前碳價格可增至每噸150美元。屆時太陽能發(fā)電會超越石油、風力、水力與核能等而成為主要的電力來源。全球每年將可減少排放二氧化碳達60億噸以上，人類將可扭轉片面依賴化石能源所造成的環(huán)境污染。

作為目前太陽能行業(yè)的主要投資人之一，谷歌并不是為了感覺良好和讓員工高興才向清凈能源項目投入數(shù)十億美元巨資的。“礦物能源價格正處在一條不斷上升的成本曲線上，而可再生能源則恰好相反。”谷歌能源和可持續(xù)發(fā)展總監(jiān)里克·尼德哈姆表示。

2013年，美國太陽能發(fā)電廠的平準化發(fā)電成本（LCOE）下降了28%。太陽能電池板的價格在過去5年中下降了80%。太陽能發(fā)電很快會在全球眾多市場中實現(xiàn)成本平價。意大利、西班牙和澳大利亞已經(jīng)實現(xiàn)了成本平價。

在我國，太陽能開發(fā)勢頭也十分強勁。太陽能產業(yè)是我國在全球領先的高科技產業(yè)。目前，我國已經(jīng)成為太陽能電池生產第一大國，光伏產品的份額有望占到全球份額的50%以上。從頂層設計來講，到2050年我國整個能源需求將達到52億噸標準煤，可再生能源在整個能源需求里占到40%，在電力需求里火力發(fā)電要從現(xiàn)在的72.5%下降到30%左右，綠色清潔能源達到70%的比例，而這其中光伏發(fā)電將會起到?jīng)Q定性的作用。

有人預言，太陽能光伏的擴張將由中國引領，位居其后的則是美國。根據(jù)皮尤慈善信托基金會（Pew Charitable Trusts）2013年發(fā)布的清潔能源報告，2012年，全球清潔能源投資減少了11%，但更多資金流入了中國、日本和一些新興國家。中國尤其突出，“其作為清潔能源融資中心的地位得到了提升，”該報告如是表示。中國吸引了651億美元投資，比2011年增加20%，在2012年流入二十國集團的總投資額中占了30%。中國吸引了全球25%的太陽能投資、37%的風能投資和47%的其他可再生能源投資，從小型水電項目到地熱項目不一而足。

很多美國的技術開發(fā)公司，從波士頓電力（Boston-Power）這類鋰離子電池初創(chuàng)企業(yè)到上市公司，例如第一太陽能（First Solar）和陽光電力（SunPower）等太陽能電池板制造商，在過去幾年為獲得投資和客戶都進入了中國。

中國因在太陽能技術領域起步較晚，且因能源結構問題政府支持力度不夠，民營企業(yè)也因為缺少戰(zhàn)略眼光和社會責任，發(fā)展動力不足。目前近95%的太陽能技術專利都掌握在美國、以色列、西班牙和德國等國家的企業(yè)手中，這一狀況導致國內企業(yè)在沒有技術和知識產權的情況下，要在太陽能應用方面發(fā)展，就需要付出高昂的技術專利費。

國內太陽能技術的應用關鍵取決于未來能否掌握核心技術，這不僅決定未來太陽能發(fā)電的成本和企業(yè)盈利情況，也決定了未來中國國內太陽能在一次能源占比的趨勢。

太陽能的未來或許并不平坦，卻仍可以用“光明”來形容。新技術的涌現(xiàn)使太陽能產業(yè)逐漸得以脫離對硅材料的依賴，而更低的價格將使這一技術真正普及開來。更強的成本競爭力仍舊是取得成功的關鍵因素，這一點正是太陽能“信徒”們發(fā)揮各自創(chuàng)造力的絕佳機會，也是東旭光電等中國企業(yè)令人充滿想象的上升空間。