毫無疑問，與化石燃料相比，太陽(yáng)能在制造低成本電力方面具有無可比擬的競(jìng)爭(zhēng)力。
自20世紀(jì)五十年代單晶硅電池問世以來，光伏電池技術(shù)經(jīng)過不斷改進(jìn)與發(fā)展，目前已經(jīng)形成一套完整而成熟的技術(shù)。隨著全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，該技術(shù)得到了世界許多國(guó)家的大力支持，在全球范圍內(nèi)廣泛使用。特別是在21世紀(jì)，光伏產(chǎn)業(yè)更以令世人驚嘆的速度向前發(fā)展。
那么，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)是否已經(jīng)到達(dá)頂峰了呢？其實(shí)不然。我們可能只是看到了開始。
不斷變動(dòng)的前景
根據(jù)美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）發(fā)布的一份面向技術(shù)密集型美國(guó)企業(yè)的路線圖顯示，開發(fā)新太陽(yáng)能業(yè)務(wù)的選擇非常多。
盡管目前中國(guó)在太陽(yáng)能光伏發(fā)電（PV）制造領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，并且可能在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)保持在該行業(yè)的全球領(lǐng)導(dǎo)地位，但這項(xiàng)關(guān)于太陽(yáng)能迅速變化的前景的新研究表明，“利基市場(chǎng)”有可能在未來十年達(dá)到10億美元的規(guī)模。同時(shí)，隨著太陽(yáng)能變得越來越便宜和普及，它會(huì)有各種各樣的新用途。
來自美國(guó)能源部下屬的NREL和科羅拉多礦業(yè)學(xué)院的太陽(yáng)能專家共同撰寫的這項(xiàng)名為“增加市場(chǎng)和降低高比功率光伏發(fā)電的包裝重量”的研究，暗示企業(yè)有利潤(rùn)豐厚的理由來推進(jìn)太陽(yáng)能的創(chuàng)新選擇。
或者，正如NREL資深科學(xué)家、這篇研究論文的第一作者M(jìn)atthew Reese所解釋的那樣，太陽(yáng)能發(fā)電現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了電網(wǎng)平價(jià)。這意味著它可以與煤炭和天然氣競(jìng)爭(zhēng)，而煤炭和天然氣曾是美國(guó)最經(jīng)濟(jì)的兩種電力來源。
“我們探索功率重量比背后的極限，以及它如何為光伏發(fā)電領(lǐng)域的新興企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值，使其能夠達(dá)到千兆瓦規(guī)模，而無需直接與硅太陽(yáng)能電池板競(jìng)爭(zhēng)，”Reese直言。
新薄膜技術(shù)崛起
1954年，來自美國(guó)新澤西州牧瑞丘的貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們合力研發(fā)出第一個(gè)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的太陽(yáng)能電池。這是一塊硅制的面板，在一盞小日光燈的照射下，其產(chǎn)生的電量足以驅(qū)動(dòng)一個(gè)小的玩具摩天輪�！都~約時(shí)報(bào)》曾評(píng)論道，硅太陽(yáng)能電池“可能標(biāo)記著新時(shí)代的開始，最終會(huì)實(shí)現(xiàn)人類最渴望的夢(mèng)想之一，即利用幾乎無限量的太陽(yáng)能于人類的文明上。”
最早期的硅太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的效率大約有6%，與之前的太陽(yáng)能電池比起來是極大的進(jìn)步。不過，最初的硅太陽(yáng)能電池由于制造費(fèi)用昂貴，早期要將其商業(yè)化并不是很成功，但在短短幾年間，太陽(yáng)能電池已普遍用于供應(yīng)人造衛(wèi)星所需的電力，之后也應(yīng)用于其他的用途。
近年來，中國(guó)利用補(bǔ)貼和創(chuàng)新，使硅基光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)形成了一定的規(guī)模，從而讓競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手“非常難以”與之匹敵，Reese解釋道。但他指出，雖然制造太陽(yáng)能的新型薄膜技術(shù)才剛剛開始發(fā)展，不過它們具有顛覆舊市場(chǎng)、創(chuàng)造新市場(chǎng)的潛力。
與薄膜光伏相比，硅在過去享有很多補(bǔ)貼，Reese表示。硅光伏最初的發(fā)展得益于半導(dǎo)體行業(yè)（其主要目標(biāo)是制造現(xiàn)代計(jì)算機(jī)）提供的數(shù)十億美元的資助。太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)如今已經(jīng)發(fā)展成熟到可以確保電池板產(chǎn)生30年可靠電力的程度。
現(xiàn)在，美國(guó)海軍研究辦公室正在資助NREL對(duì)其他化合物的最新研究，這些化合物可以被制成能夠利用光發(fā)電的薄膜。它們包括碲化鎘、銅銦鎵硒以及與鈣鈦礦有關(guān)的一類巖石，它們比硅更輕、更柔軟。
據(jù)Reese介紹，來自海軍的挑戰(zhàn)是“你能否制造出真正輕量的太陽(yáng)能，盡可能輕的重量”，并找到一種可以以最低的成本擴(kuò)大規(guī)模的材料。
實(shí)際上，美國(guó)海軍和其他美國(guó)軍事部隊(duì)正在尋求用太陽(yáng)能發(fā)電來作為消除電池的方法，并減少人員傷亡。因?yàn)檐姺綇囊晾艘约昂髞淼陌⒏缓公@悉，前線部隊(duì)的士兵有時(shí)需要攜帶80到100磅的裝備。很大一部分是由用于各種設(shè)備的電池組成。
這些電池必須通過柴油發(fā)電機(jī)充電，而柴油發(fā)電機(jī)又需要昂貴的飛機(jī)或卡車車隊(duì)來運(yùn)送。但這些車隊(duì)經(jīng)常遭到攻擊。
根據(jù)這項(xiàng)新研究，盡管新興的輕型和柔性薄膜太陽(yáng)能技術(shù)可能比傳統(tǒng)的硅制造成本更高，但它們更輕的重量和更強(qiáng)的韌性將會(huì)改善現(xiàn)狀，特別對(duì)海軍來說，可以拯救生命。
應(yīng)用邊界的拓展
重量輕、更靈活的新型薄膜光伏技術(shù)，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)可以更快地滲透到其他太陽(yáng)能市場(chǎng)。
據(jù)科學(xué)家們預(yù)測(cè)，太陽(yáng)能在建筑物中將會(huì)有更多的用途，其中輕質(zhì)太陽(yáng)能材料可以應(yīng)用在窗戶、蓋板和其他建筑結(jié)構(gòu)上。而且隨著需求的不斷增長(zhǎng)，其成本也會(huì)相應(yīng)降低。
此外，在被稱為“CubeSats”的小型太空衛(wèi)星上越來越多地在使用更輕、更緊湊的太陽(yáng)能發(fā)電。還不止于此，Reese指出，像豐田普銳斯這樣的電動(dòng)汽車都配備了太陽(yáng)能供電的選項(xiàng)，以及一個(gè)小型風(fēng)扇，可以把停放著的汽車所積聚的熱量吹散，這樣可以節(jié)省電力，從而擴(kuò)大電動(dòng)汽車的使用范圍。
這項(xiàng)新研究中還討論了另一個(gè)更高效、更小的太陽(yáng)能裝置——“室內(nèi)光采集”，或者說通過混合的室內(nèi)照明來發(fā)電。這種裝置可能適用于既有室外照明又有置頂熒光燈管的辦公樓。在那里，小型太陽(yáng)能設(shè)備可以將光轉(zhuǎn)化為電能，為電子設(shè)備或一系列無需靠近電源插座的傳感器供電。
在Resse看來，小型太陽(yáng)能發(fā)電裝置將會(huì)隨著無人機(jī)和其他無人駕駛飛行器的開發(fā)而得到進(jìn)一步的利用，比如去年在遭受風(fēng)暴重創(chuàng)的波多黎各使用的氣球Project Loon，可以快速恢復(fù)電子郵件和短信等基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。
由谷歌的母公司Alphabet Inc.開發(fā)的這些可操縱氣球被稱為“實(shí)驗(yàn)技術(shù)”。不過，在未來，類似的裝置可能會(huì)幫助城市從停電狀態(tài)中快速恢復(fù)過來。
對(duì)Reese而言，更便宜、更無處不在的太陽(yáng)能的不斷發(fā)展，可能也會(huì)使其應(yīng)用于以前被認(rèn)為是不經(jīng)濟(jì)的技術(shù)上。比方說，將其應(yīng)用在飽受干旱困擾的美國(guó)西部的海水淡化廠。
“這就如同你擔(dān)心大氣中的二氧化碳不斷聚集，但從空氣中收集二氧化碳并將其固化同樣不經(jīng)濟(jì)，”他坦言。“如果能源足夠便宜，那么可能就會(huì)有一個(gè)更耗能的過程。”■