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太阳能时代到来:效率提高成本减小 获政策支持

2008-04-02 10:55
冷血の爱
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   随着对太阳能电池研究的投资迅速增长以及太阳能电池效率的稳定增加,利用太阳能发电将越来越受到重视

   理论上,解决世界能源问题的方法相当简单——找一块阳光明媚的大小相当于美国得州一半的地方,想出一种办法捕捉到20%散落到这个地方的太阳能,能源问题就解决了。太阳能取之不尽,用之不绝,不仅足以替代全球需要的所有能源,也是最清洁、最可再生的资源。

   利用太阳能真有这样轻而易举吗?非也。多少年来,支持太阳能的人一直在为每一项太阳能技术革新欢呼,但一次又一次,这些突破都未能在生产实践中得到具体应用。最主要的原因是,与核能或风能等其他形式的能源相比,太阳能技术昂贵、低效。若无实质性的成本下降,很难触发太阳能利用的大转变。

   而今的情况不同了,政治意向、经济压力与技术进步三个因素综合起来,将人类推向了太阳能新世纪的边缘。

   如今,全世界的人都已广泛接受了化石燃料造成环境危害这一事实,加之对太阳能电池研究迅速增长的投资,以及太阳能电池效率的稳定增加,利用太阳能发电这种经过证明的可靠方法符合当前这个大时代。

   效率提高,成本减小

   最早的太阳能电池效率只有6%。很长一段时间内,这个领域的研究进展都是零散的,到后来才逐渐地将效率提高到15%的最好状态,但是其昂贵的价格只有军方和太空探索项目才能负担得起。直到最近10年间,那些并不昂贵的电池才发生了巨大的改变——效率提高到20%,并还在进一步提高中。

   去年,美国纽瓦克特拉华大学的艾伦·巴内特与同事设计了一种破纪录的新电池,其能量转换效率达到42.8%。巴内特认为目前在商业规模上使用的电池应该已能达到50%的能量转化率,且因为这种设计结合了现代的制造技术,制造成本下降得也很快。

   德国光子咨询公司的太阳能工业分析家米歇尔·罗格指出:在日本、美国加州和意大利,这些世界上电价最高的地方,太阳能发电的成本在某种程度上已经可与天然气发电、核电等其他类型的发电竞争。比如在美国,电的平均价格是每千瓦时10美分。而太阳能发电的成本已经大致降到了20美分,这个价格为光伏电池造就了一个繁荣的市场,如今太阳能光伏电池以每年35%的速度在增长。私人投资者也开始对此有了兴趣。主营太阳能开发的公司股票面值从2006年1月的400亿美元升高到今天的1400亿美元,这标志着太阳能在全球市场中已经变成了发展最快的行业。

   美国总统布什已认识到这种新开端,将1.68亿美元联邦资金拨给了“太阳能美国计划”,这是一个计划于2015年前降低光伏技术成本,提高太阳能与其他能源技术竞争力的研究项目。罗格认为布什的目标是可以实现的,他说生产光伏设备的成本已经降低到一定水平,在某些地方,光伏发电量已经不输于常规发电。

   政策支持

   除了技术支持,很多国家还出台了对太阳能利用的财政补贴。

   在太阳能技术的推广方面,领先国家是德国。人们也许会感到奇怪,虽然万里无云的好天气并不多见,但德国却非常关注太阳能的利用。2003年11月,除了石油、天然气价格的上升,人们对全球变暖的关注也在增加。为了保证太阳能的市场,德国议会通过了一个高价收购太阳能电力的政策项目:任何利用太阳能发电的人都能以每千瓦时0.45~0.57欧元的价格将其所发的电卖到德国国家的高压输电网中,这个价格是消费者购电费用(约为每千瓦时0.19欧元)的3倍。德国的发电公司需要通过法律支付这项费用,该法律将一直延续到2024年,这项措施有效刺激了企业在太阳能电池板的投资,使他们有信心赢回自己系统的投资,并有可能转而盈利。

   今天,德国有超过30万家光伏系统,大部分都是家庭和小企业安装在房顶的,它是世界上发展最快的光伏市场,占有全世界使用的光伏电池板的55%,每年太阳能发电量300万千瓦,相当于3~5个常规电站。

   去年,紧跟着德国人的脚步,意大利和西班牙也相继推出了各自的关税补偿计划。与此同时,“太阳能美国计划”也拨款28亿美元,补贴安装造价高达每瓦2.5美元的新型光伏系统,美国的目标是在2018年建成发电300万千瓦的容量。罗格预计,到2008年底,约有20个国家将会对太阳能给予类似的税收补贴计划。

   人们希望,通过鼓励需求,这些政策上的倾斜能够刺激光伏的研究和生产技术,将太阳能的成本降低下来。

   新思路,新设计

   另一项旨在改进主流太阳能设计的革新思路是:应用透镜来聚焦和放大投射到太阳能电池板上的光量。在合并聚焦镜最为成功的设计中,有一款是由美国加州的索连特能量公司研制的,设计的装置可以将太阳光聚焦500倍到光能接受面。巴内特破纪录的电池也采用了一种新型聚能器,不过这种聚能器只需要将光强化20倍。

   当然,人们还有制造更为廉价、效率更高的雄心勃勃的太阳能电池计划。在世界范围内,一些研究小组正在致力于研究一种叫做量子点的纳米晶体,目的是研制出效率在42%的低成本太阳能电池。马丁·格林是这一领域的领袖,他设计了一种能和特别光谱范围相匹配、使其能量效率更高的量子点纳米晶体。他想解决常规太阳能电池的一个特别问题:进入光子所提供的部分能量存在热损失。格林设计了“热搬运器”电池,这种电池从光子到电子,能转化更多的能量,产生更高的输出电压。他说:“原则上,一个热搬运器电池可以有接近74%的效率。”

   加州大学圣巴巴拉分校的艾伦·黑格正在试验另外一种办法。他发明了一种可以导电的半导体塑料,这种材料就像硅和其他半导体材料一样,允许进入的光子释放电子。

   在今年7月份的时候,黑格公布了一种塑料太阳能电池组,其效率达到了6.5%,这是目前世界上塑料太阳能电池的效率最高纪录。

   黑格指出,塑料电池的好处在于它们可以利用一种“类似于印报纸方式”的印刷过程来生产,因为他们所采用的所有材料都是可溶解的。他说:“我们的目标是达到10%的效率,最终将超过这个值。”这类电池的最大优势是廉价。“人们评论比较的是每瓦的价格,即使我们的效率比较低,但每瓦的成本价仍然有优势,因为这种电池的制作是非常廉价的。”

   也许,这正是太阳能所具有的真实魅力,它并不是依靠昂贵的高效电池,而是凭借一种非常便宜的新设计而获胜的。这是一场相当漫长缓慢的革命,但最终经过一些坚信太阳能的人多年来孜孜不倦的研究和投资,这一行业已开始盈利——太阳能发电的时代终于来临了。

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