太陽(yáng)能萬(wàn)能？

陳冰

傳說(shuō)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(shí);聽到Apple Watch最高版本價(jià)格為1萬(wàn)美元的消息，我就預(yù)感到首發(fā)會(huì)有中國(guó);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(shí)，比蘋果表更土豪的大事是蘋果正計(jì)劃在加州蒙特利縣投資建設(shè)“最大膽，最大規(guī)模，最具野心的”綠色能源項(xiàng)目——一座超大規(guī)模的太陽(yáng)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(wàn)多加州農(nóng)場(chǎng)，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(yīng)可再生能源。

蘋果現(xiàn)任CEO庫(kù)克認(rèn)為這是蘋果正在做的“正確的事情”。庫(kù)克說(shuō)，蘋果的員工都清楚地認(rèn)識(shí)到氣候變化確實(shí)存在，現(xiàn)在要做的并不是討論這個(gè)問題，而是該采取行動(dòng)的時(shí)候。庫(kù)克表示，通過(guò)建設(shè)可再生能源也能夠獲得切實(shí)的利益，可再生能源的價(jià)格固定低廉而傳統(tǒng)的燃料能源價(jià)格則隨市場(chǎng)波動(dòng)。

在北卡羅來(lái)納州，蘋果已經(jīng)建設(shè)了數(shù)個(gè)大型太陽(yáng)能發(fā)電站，但在蒙特利縣投資規(guī)模達(dá)8.5億的太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)將會(huì)是蘋果最大規(guī)模的可再生能源項(xiàng)目投資。

太陽(yáng)能萬(wàn)能？

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

光伏發(fā)電是太陽(yáng)能的主要應(yīng)用之一。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，光伏技術(shù)就是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的一種技術(shù)。目前光伏技術(shù)已歷經(jīng)三代：晶硅電池、薄膜電池和聚光光伏電池。技術(shù)的發(fā)展來(lái)源于人們希望提高對(duì)光能的吸收效率、提高光能電能的轉(zhuǎn)換效率、同時(shí)控制成本的要求。所以三代電池有著不同的技術(shù)特點(diǎn)：

晶硅電池：由于硅是最理想的太陽(yáng)能電池材料，具有良好的光電轉(zhuǎn)換效率，所以，人們首先想到了單一的以硅板作為介質(zhì)接受太陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)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(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率為20%，多晶硅為18%，硅太陽(yáng)能電池的理論效率為31%。由于太陽(yáng)能撞擊電池的能量只是小部分轉(zhuǎn)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(dǎo)體納米晶可以捕獲那些熱電子，這樣可以將太陽(yáng)能光伏的轉(zhuǎn)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(lái)自太陽(yáng)。如今，人類要向太陽(yáng)索取更多。

晶硅電池另外一個(gè)不容忽視的問題就是污染和高能耗。為了生產(chǎn)相應(yīng)可以發(fā)電的太陽(yáng)能光伏板，需要消耗大量水、能源和自然資源，不僅對(duì)空氣存在巨大粉塵和二氧化硫污染，也對(duì)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(yáng)能電池，因?yàn)槠渲饕糟~銦鎵硒或碲化鎘作為硅的替代品進(jìn)行光電反應(yīng)，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(guò)，被譽(yù)為“后起之秀”的薄膜太陽(yáng)能電池，正在以其價(jià)格優(yōu)勢(shì)不斷挑戰(zhàn)晶硅電池的地位。瑞士材料科技聯(lián)邦實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出一種新的薄膜太陽(yáng)能電池，以CIGS（銅銦鎵硒）為光電轉(zhuǎn)換材料，用柔軟靈活的高分子聚合物作襯底，其光電轉(zhuǎn)化率達(dá)到20.4%，已經(jīng)相當(dāng)于多晶硅太陽(yáng)能電池的效率，CIGS太陽(yáng)能電池可以實(shí)現(xiàn)每千瓦時(shí)0.05美元，意味著太陽(yáng)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(fēng)能發(fā)電成本，CIGS在太陽(yáng)能電池中極具成本效益優(yōu)勢(shì)。喬治華盛頓太陽(yáng)能研究主任肯·茨維貝爾指出，太陽(yáng)能電池效率上1%的不同會(huì)使總體成本上產(chǎn)生超過(guò)10%的差異。

聚光電池：根本思想是利用旋轉(zhuǎn)拋物面作為反射鏡將太陽(yáng)光匯聚到一交點(diǎn)上，并在這一點(diǎn)上安裝一晶硅電池，從而增加光能轉(zhuǎn)換率。與大面積鋪設(shè)硅板不同，聚光電池只需在焦點(diǎn)處安裝一小面積晶硅電池，從而大大降低了成本。缺點(diǎn)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(zhuǎn)換率。

毫無(wú)疑問，如果能大幅度提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率，那么太陽(yáng)能發(fā)電成本將比人們想象的要低得多。業(yè)內(nèi)專家指出，太陽(yáng)能光伏發(fā)電，從材料、設(shè)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(jí)光伏電站等光伏發(fā)電的每一個(gè)環(huán)節(jié)都有技術(shù)改進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)，那么太陽(yáng)能市場(chǎng)就會(huì)大規(guī)模啟動(dòng)。

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

彭博新能源財(cái)務(wù)公司（Bloomberg·New·Energy·Finance）稱，到2020年，大型光伏項(xiàng)目的發(fā)電成本將降至每瓦特1.45美元，是現(xiàn)在價(jià)格的一半。在諸如中東等大部分時(shí)間都陽(yáng)光普照的地區(qū)，太陽(yáng)能發(fā)電相對(duì)于化石燃料發(fā)電來(lái)說(shuō)是可行的。

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

中國(guó)引領(lǐng)光伏擴(kuò)張

“穹頂下的霧霾”，已經(jīng)不僅僅是一個(gè)母親與污染的私人恩怨，而是關(guān)乎到每個(gè)人生命安全的重大生存命題。能源結(jié)構(gòu)調(diào)整問題日益成為全社會(huì)關(guān)注焦點(diǎn)，清潔可再生能源的利用勢(shì)必將成為今后能源行業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)。

國(guó)際能源署（IEA）最近在報(bào)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(yáng)能作為電力主要來(lái)源的新前景。與其他能源相比，太陽(yáng)能還具備分布均勻、無(wú)需開采運(yùn)輸、收集簡(jiǎn)單等巨大優(yōu)勢(shì)，因此也將是未來(lái)能源應(yīng)用的主要方向。

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

作為目前太陽(yáng)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(xiàng)目投入數(shù)十億美元巨資的。“礦物能源價(jià)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(guó)太陽(yáng)能發(fā)電廠的平準(zhǔn)化發(fā)電成本（LCOE）下降了28%。太陽(yáng)能電池板的價(jià)格在過(guò)去5年中下降了80%。太陽(yáng)能發(fā)電很快會(huì)在全球眾多市場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)成本平價(jià)。意大利、西班牙和澳大利亞已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了成本平價(jià)。

在我國(guó)，太陽(yáng)能開發(fā)勢(shì)頭也十分強(qiáng)勁。太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)是我國(guó)在全球領(lǐng)先的高科技產(chǎn)業(yè)。目前，我國(guó)已經(jīng)成為太陽(yáng)能電池生產(chǎn)第一大國(guó)，光伏產(chǎn)品的份額有望占到全球份額的50%以上。從頂層設(shè)計(jì)來(lái)講，到2050年我國(guó)整個(gè)能源需求將達(dá)到52億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可再生能源在整個(gè)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(dá)到70%的比例，而這其中光伏發(fā)電將會(huì)起到?jīng)Q定性的作用。

有人預(yù)言，太陽(yáng)能光伏的擴(kuò)張將由中國(guó)引領(lǐng)，位居其后的則是美國(guó)。根據(jù)皮尤慈善信托基金會(huì)（Pew Charitable Trusts）2013年發(fā)布的清潔能源報(bào)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(guó)、日本和一些新興國(guó)家。中國(guó)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(bào)告如是表示。中國(guó)吸引了651億美元投資，比2011年增加20%，在2012年流入二十國(guó)集團(tuán)的總投資額中占了30%。中國(guó)吸引了全球25%的太陽(yáng)能投資、37%的風(fēng)能投資和47%的其他可再生能源投資，從小型水電項(xiàng)目到地?zé)犴?xiàng)目不一而足。

很多美國(guó)的技術(shù)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(yáng)能（First Solar）和陽(yáng)光電力（SunPower）等太陽(yáng)能電池板制造商，在過(guò)去幾年為獲得投資和客戶都進(jìn)入了中國(guó)。

中國(guó)因在太陽(yáng)能技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，且因能源結(jié)構(gòu)問題政府支持力度不夠，民營(yíng)企業(yè)也因?yàn)槿鄙賾?zhàn)略眼光和社會(huì)責(zé)任，發(fā)展動(dòng)力不足。目前近95%的太陽(yáng)能技術(shù)專利都掌握在美國(guó)、以色列、西班牙和德國(guó)等國(guó)家的企業(yè)手中，這一狀況導(dǎo)致國(guó)內(nèi)企業(yè)在沒有技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的情況下，要在太陽(yáng)能應(yīng)用方面發(fā)展，就需要付出高昂的技術(shù)專利費(fèi)。

國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵取決于未來(lái)能否掌握核心技術(shù)，這不僅決定未來(lái)太陽(yáng)能發(fā)電的成本和企業(yè)盈利情況，也決定了未來(lái)中國(guó)國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能在一次能源占比的趨勢(shì)。

太陽(yáng)能的未來(lái)或許并不平坦，卻仍可以用“光明”來(lái)形容。新技術(shù)的涌現(xiàn)使太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)逐漸得以脫離對(duì)硅材料的依賴，而更低的價(jià)格將使這一技術(shù)真正普及開來(lái)。更強(qiáng)的成本競(jìng)爭(zhēng)力仍舊是取得成功的關(guān)鍵因素，這一點(diǎn)正是太陽(yáng)能“信徒”們發(fā)揮各自創(chuàng)造力的絕佳機(jī)會(huì)，也是東旭光電等中國(guó)企業(yè)令人充滿想象的上升空間。