太阳能万能？

陈冰

传说中的苹果表一出，段子手们坐不住了，各种吐槽一直在朋友圈刷屏：苹果手表让你的一天只有18小时;听到Apple Watch最高版本价格为1万美元的消息，我就预感到首发会有中国;纵使你有苹果全系，也抵不上人家一玫瑰金;好消息是肾还一直留着没卖，坏消息是现在卖了也不够了……

其实，比苹果表更土豪的大事是苹果正计划在加州蒙特利县投资建设“最大胆，最大规模，最具野心的”绿色能源项目——一座超大规模的太阳能发电站。建成后，这座发电站将输出充足的电力，足以为6万多加州农场，新建太空船总部以及加州所有苹果办公楼、零售门店以及纽瓦克数据中心供应可再生能源。

苹果现任CEO库克认为这是苹果正在做的“正确的事情”。库克说，苹果的员工都清楚地认识到气候变化确实存在，现在要做的并不是讨论这个问题，而是该采取行动的时候。库克表示，通过建设可再生能源也能够获得切实的利益，可再生能源的价格固定低廉而传统的燃料能源价格则随市场波动。

在北卡罗来纳州，苹果已经建设了数个大型太阳能发电站，但在蒙特利县投资规模达8.5亿的太阳能发电场将会是苹果最大规模的可再生能源项目投资。

太阳能万能？

在化石能源日趋耗尽和环境恶化的双重压力下，太阳能等可再生能源受到空前重视。甚至有人乐观地预测，作为取之不尽、用之不竭的清洁能源，太阳能在不远的将来会代替污染严重且储量有限的化石能源。

光伏发电是太阳能的主要应用之一。简单来说，光伏技术就是利用半导体的光电效应直接将太阳能转化为电能的一种技术。目前光伏技术已历经三代：晶硅电池、薄膜电池和聚光光伏电池。技术的发展来源于人们希望提高对光能的吸收效率、提高光能电能的转换效率、同时控制成本的要求。所以三代电池有着不同的技术特点：

晶硅电池：由于硅是最理想的太阳能电池材料，具有良好的光电转换效率，所以，人们首先想到了单一的以硅板作为介质接受太阳光并将其转换成电能。但由于硅的开采和提炼成本居高不下，所以成本高是这种电池的主要弊端。

目前，单晶硅太阳能电池转换效率为20%，多晶硅为18%，硅太阳能电池的理论效率为31%。由于太阳能撞击电池的能量只是小部分转化为电能，大部分以“热电子”形式作为热能散失。研究发现，用半导体纳米晶可以捕获那些热电子，这样可以将太阳能光伏的转化效率增至66%，甚至更高。

核能发明之前，人类所有能源都来自太阳。如今，人类要向太阳索取更多。

晶硅电池另外一个不容忽视的问题就是污染和高能耗。为了生產相应可以发电的太阳能光伏板，需要消耗大量水、能源和自然资源，不仅对空气存在巨大粉尘和二氧化硫污染，也对地下水、居民用水造成一定的重金属污染，前段污染是其不可忽视的弊端。

薄膜电池：顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，因为其主要以铜铟镓硒或碲化镉作为硅的替代品进行光电反应，所以其制造成本较晶硅电池要低廉许多，但其效率也要明显低于晶硅电池，并且稳定性差。

不过，被誉为“后起之秀”的薄膜太阳能电池，正在以其价格优势不断挑战晶硅电池的地位。瑞士材料科技联邦实验室开发出一种新的薄膜太阳能电池，以CIGS（铜铟镓硒）为光电转换材料，用柔软灵活的高分子聚合物作衬底，其光电转化率达到20.4%，已经相当于多晶硅太阳能电池的效率，CIGS太阳能电池可以实现每千瓦时0.05美元，意味着太阳能发电成本与化石燃料发电成本不相上下，明显低于海上风能发电成本，CIGS在太阳能电池中极具成本效益优势。乔治华盛顿太阳能研究主任肯·茨维贝尔指出，太阳能电池效率上1%的不同会使总体成本上产生超过10%的差异。

聚光电池：根本思想是利用旋转抛物面作为反射镜将太阳光汇聚到一交点上，并在这一点上安装一晶硅电池，从而增加光能转换率。与大面积铺设硅板不同，聚光电池只需在焦点处安装一小面积晶硅电池，从而大大降低了成本。缺点是在这种情况下晶硅电池的温度极易升高从而降低光电转换率。

毫无疑问，如果能大幅度提高太阳能转化为电能的效率，那么太阳能发电成本将比人们想象的要低得多。业内专家指出，太阳能光伏发电，从材料、设备、电池（包括晶体硅电池、薄膜电池等）、电池组件（包括常规组件、光伏建筑一体化组件等）、兆瓦级光伏电站等光伏发电的每一个环节都有技术改进的空间，也都有成本下降的余地。一旦光伏发电的成本可以与石化能源竞争，那么太阳能市场就会大规模启动。

据彭博社报道，未来十年，太阳能发电的成本必将呈现稳步下降的趋势——且将与煤炭发电成本相近。

彭博新能源财务公司（Bloomberg·New·Energy·Finance）称，到2020年，大型光伏项目的发电成本将降至每瓦特1.45美元，是现在价格的一半。在诸如中东等大部分时间都阳光普照的地区，太阳能发电相对于化石燃料发电来说是可行的。

同时，为避免光照受云雾和黑夜的影响，可以采用空间太阳能发电，即在太空利用光伏获得电能，通过微波或激光等多种方式传到地面。这样的技术成熟之后，太阳能取代化石能源就顺理成章了。

中国引领光伏扩张

“穹顶下的雾霾”，已经不仅仅是一个母亲与污染的私人恩怨，而是关乎到每个人生命安全的重大生存命题。能源结构调整问题日益成为全社会关注焦点，清洁可再生能源的利用势必将成为今后能源行业发展的主导。

国际能源署（IEA）最近在报告中表示，由于光伏模块和系统的成本快速下降，开启了太阳能作为电力主要来源的新前景。与其他能源相比，太阳能还具备分布均匀、无需开采运输、收集简单等巨大优势，因此也将是未来能源应用的主要方向。

到2030年太阳能的成本将为每兆瓦时100美元以下，并将与燃料一较高下，届时化石燃料的碳价格每吨50美元左右，在2050年前碳价格可增至每吨150美元。届时太阳能发电会超越石油、风力、水力与核能等而成为主要的电力来源。全球每年将可减少排放二氧化碳达60亿吨以上，人类将可扭转片面依赖化石能源所造成的环境污染。

作为目前太阳能行业的主要投资人之一，谷歌并不是为了感觉良好和让员工高兴才向清净能源项目投入数十亿美元巨资的。“矿物能源价格正处在一条不断上升的成本曲线上，而可再生能源则恰好相反。”谷歌能源和可持续发展总监里克·尼德哈姆表示。

2013年，美国太阳能发电厂的平准化发电成本（LCOE）下降了28%。太阳能电池板的价格在过去5年中下降了80%。太阳能发电很快会在全球众多市场中实现成本平价。意大利、西班牙和澳大利亚已经实现了成本平价。

在我国，太阳能开发势头也十分强劲。太阳能产业是我国在全球领先的高科技产业。目前，我国已经成为太阳能电池生产第一大国，光伏产品的份额有望占到全球份额的50%以上。从顶层设计来讲，到2050年我国整个能源需求将达到52亿吨标准煤，可再生能源在整个能源需求里占到40%，在电力需求里火力发电要从现在的72.5%下降到30%左右，绿色清洁能源达到70%的比例，而这其中光伏发电将会起到决定性的作用。

有人预言，太阳能光伏的扩张将由中国引领，位居其后的则是美国。根据皮尤慈善信托基金会（Pew Charitable Trusts）2013年发布的清洁能源报告，2012年，全球清潔能源投资减少了11%，但更多资金流入了中国、日本和一些新兴国家。中国尤其突出，“其作为清洁能源融资中心的地位得到了提升，”该报告如是表示。中国吸引了651亿美元投资，比2011年增加20%，在2012年流入二十国集团的总投资额中占了30%。中国吸引了全球25%的太阳能投资、37%的风能投资和47%的其他可再生能源投资，从小型水电项目到地热项目不一而足。

很多美国的技术开发公司，从波士顿电力（Boston-Power）这类锂离子电池初创企业到上市公司，例如第一太阳能（First Solar）和阳光电力（SunPower）等太阳能电池板制造商，在过去几年为获得投资和客户都进入了中国。

中国因在太阳能技术领域起步较晚，且因能源结构问题政府支持力度不够，民营企业也因为缺少战略眼光和社会责任，发展动力不足。目前近95%的太阳能技术专利都掌握在美国、以色列、西班牙和德国等国家的企业手中，这一状况导致国内企业在没有技术和知识产权的情况下，要在太阳能应用方面发展，就需要付出高昂的技术专利费。

国内太阳能技术的应用关键取决于未来能否掌握核心技术，这不仅决定未来太阳能发电的成本和企业盈利情况，也决定了未来中国国内太阳能在一次能源占比的趋势。

太阳能的未来或许并不平坦，却仍可以用“光明”来形容。新技术的涌现使太阳能产业逐渐得以脱离对硅材料的依赖，而更低的价格将使这一技术真正普及开来。更强的成本竞争力仍旧是取得成功的关键因素，这一点正是太阳能“信徒”们发挥各自创造力的绝佳机会，也是东旭光电等中国企业令人充满想象的上升空间。