一抹陽(yáng)光照亮綠色能源——光伏

　　太陽(yáng)能，作為最富有潛力的綠色清潔能源之一，其每一步科技的進(jìn)展與設(shè)備的創(chuàng)新都被人們廣為關(guān)注。近日，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)頻頻傳出佳音，這或許將使在霧霾籠罩之下的人們看到了些許的希翼。

　　世界最大太陽(yáng)能發(fā)電站落成

　　世界上規(guī)模最大的集中式太陽(yáng)能發(fā)電站在阿聯(lián)酋首都阿布扎比落成。這座耗資6億美元約合37億元人民幣的發(fā)電站將為2萬(wàn)戶家庭提供電力。

　　“太陽(yáng)一號(hào)”Shams1發(fā)電站位于阿布扎比西南約150公里的扎耶德市郊沙漠地區(qū)，占地面積2.5平方公里，相當(dāng)于300個(gè)足球場(chǎng)，發(fā)電能力達(dá)100兆瓦。

　　“太陽(yáng)一號(hào)”發(fā)電站共有25.8萬(wàn)個(gè)復(fù)合拋物面反射鏡，通過(guò)這些反射鏡將陽(yáng)光聚集到一支支特殊的管子上，管內(nèi)充填了一種具有高熱傳導(dǎo)功能的油，滾熱的油通過(guò)管道傳送到產(chǎn)生蒸氣的裝置內(nèi)，再由蒸氣帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。

　　該發(fā)電站的投產(chǎn)不僅能緩解阿聯(lián)酋電力消費(fèi)的壓力，還可實(shí)現(xiàn)每年減少約17.5萬(wàn)噸碳排放，相當(dāng)于每年種植150萬(wàn)棵樹(shù)，或減少1.5萬(wàn)輛汽車(chē)上路。

　　阿聯(lián)酋的目標(biāo)是到2020年，實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)電占比達(dá)到7%。

　　國(guó)際可再生能源總干事阿敏表示，“太陽(yáng)一號(hào)”發(fā)電站的啟用是中東地區(qū)規(guī)劃綠色能源未來(lái)藍(lán)圖的起點(diǎn)，阿聯(lián)酋在可再生能源方面作出的表率和承諾，對(duì)中東地區(qū)乃至全世界都具有重要意義。

　　分布式太陽(yáng)能發(fā)電“革命”

　　如果突破風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電上網(wǎng)問(wèn)題的巨大瓶頸，我國(guó)將掀起一場(chǎng)分布式可再生能源發(fā)電革命，使普通人也可以為電網(wǎng)供電。

　　2012年9月，國(guó)家能源局印發(fā)了《關(guān)于申報(bào)分布式光伏發(fā)電規(guī)?；瘧?yīng)用示范區(qū)的通知》?！锻ㄖ费?qǐng)中國(guó)各省市自治區(qū)申報(bào)“數(shù)量不超過(guò)3個(gè)，申報(bào)總裝機(jī)容量原則上不超過(guò)50萬(wàn)千瓦”的示范區(qū)，并將當(dāng)?shù)赜秒娦枨筝^高的中東部作為優(yōu)先地區(qū)。這一政策的結(jié)果尚未清晰顯現(xiàn)，但即使對(duì)于長(zhǎng)期力推分布式能源發(fā)展的國(guó)家能源局來(lái)說(shuō)，這也是迄今在鼓勵(lì)分布式太陽(yáng)能發(fā)電方面最有力的政策。

　　同年10月26日，國(guó)家電網(wǎng)頒布《關(guān)于做好分布式發(fā)電并網(wǎng)服務(wù)工作的意見(jiàn)暫行》，宣布啟動(dòng)分布式光伏發(fā)電支持政策。從11月1日開(kāi)始，位于用戶側(cè)不超過(guò)6兆瓦的光伏發(fā)電項(xiàng)目可免費(fèi)接入電網(wǎng)。國(guó)家電網(wǎng)態(tài)度這種一百八十度的大轉(zhuǎn)彎，消除了分布式太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展的一大障礙，被人們普遍視為釋放中國(guó)巨大分布式太陽(yáng)能發(fā)電潛力的重要一步。

　　令人振奮的消息接踵而至。2013年2月27日，國(guó)家電網(wǎng)又頒布《關(guān)于做好分布式電源并網(wǎng)服務(wù)工作的意見(jiàn)》，宣布將支持政策的范圍擴(kuò)大到風(fēng)電、天然氣、沼氣和地?zé)岚l(fā)電。

　　倘若中國(guó)可再生能源的新時(shí)代，被忽視的分布式可再生能源發(fā)電市場(chǎng)將有望成為主流。

　　的確，有了國(guó)家電網(wǎng)的新政策，那些受到鼓勵(lì)的個(gè)人可以在自家屋頂上安裝光伏板，成為能源供應(yīng)者。據(jù)測(cè)算，中國(guó)可利用的屋頂面積達(dá)到約3.16億平方米，如果能夠得到充分利用，那我們或許真的離一場(chǎng)“能源革命”不遠(yuǎn)了。

　　如果最近的各項(xiàng)政策不是曇花一現(xiàn)的話，很可能未來(lái)幾年就能看到小型分布式可再生能源項(xiàng)目雨后春筍般冒出來(lái)。那么，個(gè)人屋主自行發(fā)電、多余電力接入電網(wǎng)的未來(lái)能源模式也就不難想象了。

　　盡管每個(gè)分布式發(fā)電裝置的規(guī)模比集中式風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)中國(guó)此類(lèi)電場(chǎng)很多小得多，但對(duì)這種發(fā)電形式的強(qiáng)調(diào)能夠讓中國(guó)的能源生產(chǎn)逐漸脫離骯臟的煤炭，促使電網(wǎng)變得更加智能、更加靈活。如果這個(gè)方向切實(shí)可行，甚至還有可能影響到中國(guó)未來(lái)能源的整體構(gòu)想和規(guī)劃。

　　變化在切切實(shí)實(shí)地發(fā)生。就在國(guó)家電網(wǎng)的支持政策發(fā)布兩個(gè)月后，第一個(gè)分布式光伏發(fā)電用戶在山東青島正式接入電網(wǎng)。其他項(xiàng)目也迅速跟上，如綠色和平組織在北京的5千瓦屋頂光伏發(fā)電試點(diǎn)項(xiàng)目。截至2013年2月，國(guó)家電網(wǎng)已經(jīng)收到了超過(guò)100件入網(wǎng)申請(qǐng)。如今國(guó)家能源局和國(guó)家電網(wǎng)已經(jīng)制定了到2015年實(shí)現(xiàn)分布式太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電1000萬(wàn)千瓦的目標(biāo)。

　　盡管可再生能源發(fā)展表現(xiàn)出上述一系列積極跡象，但我國(guó)距離能源革命的宏達(dá)愿景依舊遙遠(yuǎn)。小型太陽(yáng)能供應(yīng)商需要價(jià)格保證，我國(guó)亟需出臺(tái)專(zhuān)門(mén)為分布式光伏量身定制的固定上網(wǎng)電價(jià)，這一電價(jià)應(yīng)當(dāng)至少保證分布式光伏項(xiàng)目業(yè)主向電網(wǎng)輸出的電力價(jià)格能夠與集中式太陽(yáng)能發(fā)電廠的電價(jià)和收益率持平。

　　更有效地“管理光”

　　太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)亙古不變的命題是光伏效率。加州理工大學(xué)的材料科學(xué)教授哈利·阿特沃特團(tuán)隊(duì)在納米尺度上研究如何“管理光”，設(shè)計(jì)更巧妙的架構(gòu)，能使光伏電池的效率有一個(gè)質(zhì)的飛躍。

　　太陽(yáng)能產(chǎn)生電力，是因?yàn)閬?lái)自太陽(yáng)的光子撞擊電池內(nèi)的半導(dǎo)體材料，光子的能量敲松材料中的電子，使電子自由流動(dòng)。

　　傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池通常是100微米厚，或者更厚，由單一的半導(dǎo)體材料組成，通常是硅。材料只能吸收特定的一部分太陽(yáng)光譜，通常也只能轉(zhuǎn)換不到 20% 的能量為電能，絕大部分陽(yáng)光的能量都以熱能形式散失了。自1961年以來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)知道，在理想條件下，陽(yáng)光照射到單個(gè)p-n結(jié)晶體太陽(yáng)能電池上，產(chǎn)生的電能數(shù)量有一個(gè)限度。這個(gè)絕對(duì)限度，從理論上說(shuō)大約是33.5%。這意味著，最多只有33.5%的入射光子能量可以被吸收，并轉(zhuǎn)換成有用的電能。

　　目前，Sunpower 公司最好的單個(gè) p-n 結(jié)晶體硅電池效率為24%，阿特沃特參與創(chuàng)辦的公司阿爾塔設(shè)備Alta Devices的砷化鎵太陽(yáng)能電池最高的光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到27.6%。如果將半導(dǎo)體材料堆疊起來(lái)能使轉(zhuǎn)化效率大幅提高。無(wú)限p-n結(jié)晶體太陽(yáng)能電池在聚光下的理論效率極限是86%?，F(xiàn)實(shí)中，Solar Junction 公司的三節(jié)電池在947倍聚光下的光電轉(zhuǎn)化效率為44%。但串聯(lián)意味著在生產(chǎn)電池時(shí)，大量人力物力財(cái)力消耗在元件的疊加和制作緩沖層上，也意味著電池沒(méi)法做得很薄。

　　為了降低成本，也因?yàn)橛猛靖訌V泛，研究人員一直在尋求制備更薄的太陽(yáng)能電池的辦法?！氨∧る姵亍蹦芘c建筑完美結(jié)合，也更容易集成在日常用品里，如背包、帳篷、救生衣，甚至電子產(chǎn)品里。然而，較薄的太陽(yáng)能電池只能吸收較少的光線，意味著不能產(chǎn)生同樣多的電力。阿特沃特和他的同事們想到了一個(gè)解決方案。

　　他們求助于一種奇特的光學(xué)效應(yīng)，稱(chēng)為光學(xué)諧振optical resonance。正如無(wú)線電天線會(huì)諧振并吸收特定的無(wú)線電波，納米光學(xué)天線也可以諧振并吸收特定波長(zhǎng)的光。利用這種效應(yīng)，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種薄薄的納米楔形結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)吸光能力很強(qiáng)，能吸收70%的廣譜光線。它像一個(gè)棱鏡，將太陽(yáng)光分解成 6~8個(gè)不同波長(zhǎng)的部分，每一束光顏色各不相同，但每一束光都能被不同的半導(dǎo)體面板吸收。

　　他們利用這個(gè)理念設(shè)計(jì)出三種結(jié)構(gòu)，上述這一種已經(jīng)做出原型。太陽(yáng)光經(jīng)由一塊金屬板反射并從一個(gè)獨(dú)特的角度進(jìn)入這個(gè)特殊結(jié)構(gòu)。它由一種透明絕緣材料制成。材料表面的涂層是多個(gè)薄膜太陽(yáng)能電池，由6-8種不同的半導(dǎo)體材料組成。一旦光進(jìn)入材料，它會(huì)遇到一系列很薄的光學(xué)過(guò)濾器。每一個(gè)過(guò)濾器只會(huì)讓特定顏色的光通過(guò)，被特定的電池吸收，剩下的依次過(guò)濾，依次吸收。

　　盡管設(shè)計(jì)不同，但其基本思想是一致的：那就是將傳統(tǒng)的電池和光學(xué)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，更有效地利用更廣的光譜，減少能源浪費(fèi)。

　　阿特沃特參與創(chuàng)辦的公司“阿爾塔設(shè)備”是一家硅谷太陽(yáng)能公司，一直在致力于提高電池板的光電轉(zhuǎn)化效率，即便上述新技術(shù)商業(yè)化還有距離，他們也擁有全球能效最高、最薄且柔性最佳的砷化鎵薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)。因?yàn)檫@種太陽(yáng)能薄膜可以無(wú)縫融入任何最終的電子產(chǎn)品，受到無(wú)人機(jī)、消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車(chē)、遙勘等領(lǐng)域的青睞。目前，美軍已經(jīng)采用了阿爾塔設(shè)備公司的太陽(yáng)能電池，這是世界上最輕且效率最高的，小巧的兩張A4紙大小的電池板可以產(chǎn)生 10瓦電力。

　　蘋(píng)果公司也設(shè)想過(guò)柔性太陽(yáng)能薄膜電池在移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用。今年初，媒體報(bào)道蘋(píng)果公司注冊(cè)了一項(xiàng)太陽(yáng)能多點(diǎn)觸摸面板技術(shù)的專(zhuān)利，這種屏幕技術(shù)繼承了太陽(yáng)能電池面板、多點(diǎn)觸摸傳感器以及光線傳感器，可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并通過(guò)手機(jī)內(nèi)部的能源管理單元把產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存進(jìn)電池，從而為移動(dòng)設(shè)備提供更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間。

　　經(jīng)歷了硅基電池、薄膜電池，新一代的太陽(yáng)能技術(shù)，核心是聚光。

　　太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)目前進(jìn)入了整合期，給新技術(shù)的更新?lián)Q代創(chuàng)造了機(jī)遇。投資者們?cè)絹?lái)越將新能源產(chǎn)業(yè)視為熱衷的事業(yè)，電動(dòng)汽車(chē)，民用航天器，五花八門(mén)的消費(fèi)電子設(shè)備都對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)給予厚望。在環(huán)境污染日益嚴(yán)峻的今天，人類(lèi)無(wú)不期盼著有效管理陽(yáng)光的夢(mèng)想終有一天能夠照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

來(lái)源：綠色中國(guó) 　

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