太阳能的另一个黎明 - 彭博社

在1979年6月的一个阳光明媚的日子里，吉米·卡特总统在白宫屋顶举行了第一次也是唯一一次新闻发布会。在西翼的顶部，他揭示了一个价值28,000美元的太阳能电池系统，该系统捕获太阳的能量为白宫提供热水。他还发起了一项广泛的行动，旨在利用太阳、风和其他可再生资源，到2000年为美国生产20%的电力。

当然，这并没有实现。去年，美国由太阳能电池技术生产的电力份额仅为0.07%。卡特的太阳能热水系统在1986年被拆除，以便修复屋顶的漏水。太阳能电池板本应重新安装，但它们从未被安装。

现在，几家初创公司旨在复兴卡特收集阳光的梦想。即使是乐观主义者也承认，建立足够的太阳能发电能力以减少煤炭和天然气消费将需要数年时间。但随着技术的进步，新的太阳能系统可能在2007年开始填补某些地区高峰需求期间的电力供应缺口。

利用太阳能有两种基本概念：收集其热量或转换其光线。太阳热能方法使用镜子将来自大面积的热能反射到小空间，例如充满熔融盐的管道。一旦流体的温度升高到数百度，就可以用来煮水并为传统发电机产生蒸汽。

另一种方法，称为光伏，半导体——通常是硅——吸收来自太阳的光子，并通过释放电子流或电流来反应。

海外热潮

这两种技术已经存在很久，但由于廉价的化石燃料，它们在美国几乎没有取得进展。在日本和欧洲，由于这些燃料并不便宜，自1990年代中期以来，太阳能系统的单位销售每年增长35%。如今，燃料成本的上升和提高太阳能系统效率的工程进步正在刺激美国的新投资。

太阳热能策略在将太阳的热量转化为电力方面的效率大约为30%——大约是光伏效率的两倍。因此，热能技术享有价格优势。Stirling Energy Systems Inc.设计的巨型太阳能碟形镜可以以每千瓦时（kwh）不到8美分的价格发电——甚至可能是6美分，凤凰创业公司的首席执行官兼创始人David J. Slawson表示。然而，与光伏面板不同，太阳能碟形镜并不适合家庭使用。为了有效工作，它们需要足够大——太大而无法放在屋顶上或甚至后院里。Stirling Energy的碟形镜直径为38英尺，高40英尺，能够产生25千瓦的电力，足够供五个或更多家庭使用。

这些碟形镜基于在加利福尼亚莫哈维沙漠的Solar Two“农场”首创的技术，该项目由能源部赞助。Solar Two于1999年停用，使用1800个太阳能碟形镜以同心弧的方式反射太阳的热量到中央“电力塔”。这种布局需要150百万美元的巨额投资以获得10兆瓦的容量——即每瓦15美元。为了通过模块化方法降低成本，Slawson已经取消了塔的设计。相反，他在每个碟形镜的焦点上安装了一个微型发电机。

当这些动力盘进入量产时，预计在2006年底，斯劳森预测成本将下降90%，降至每个25千瓦盘25,000美元。这将使一个10兆瓦工厂的资本成本达到1000万美元，或每瓦1美元。但亚利桑那公共服务公司在州政府的要求下，必须在2007年前通过可再生资源产生1.1%的电力，因此并没有等待。它将在明年安装10个盘。而内华达州和加利福尼亚州的公用事业公司正在争取40个。

在光伏领域，加利福尼亚州洛斯加托斯的初创公司Solaicx Inc.预测，使用其硅材料制造的住宅和商业太阳能电池板将很快在电价至少为每千瓦时10美分的市场上与传统化石燃料发电机竞争。但要实现这一目标，太阳能电池系统的资本成本需要达到每瓦1美元的神奇数字。这项前期投资，加上运营效率和设备折旧，决定了千瓦时输出的售价。目前，高效硅太阳能电池板的安装成本起价为每瓦3美元。“我们的客户应该在2007年前达到每瓦1美元，”Solaicx的首席执行官罗伯特·S·福特宣称。到2010年，能源部预计改进的太阳能电池将以每千瓦时6美分的价格发电。

更便宜的电池

Solaicx将在10月之前不会开始从其新工厂发货硅，但福特声称，两家顶级太阳能电池板生产商——他不愿透露是哪几家——已经签署了购买硅片的协议。位于加利福尼亚州附近的阳光动力公司也签署了协议。一个太阳能电池板通常由36个从光盘大小的硅晶圆切割而成的太阳能电池组成。Solaicx将使用类似于半导体行业制造原硅的设备来生产这些晶圆，但从头开始为大规模生产量身定制。“这就是传统硅的正确做法，”Solaicx的联合创始人约翰·T·塞奇威克说。

Solaicx使用两种技巧来生产更好的太阳能电池：将硅晶圆制造得薄40%，从而降低成本，并增加一种叫做载流子寿命的东西。当来自太阳的光子击中太阳能电池的表面时，它们会使硅原子中的电子脱离。电子保持自由的时间越长——载流子寿命，以毫秒为单位测量——它们从太阳能电池“流向你的烤面包机或灯泡”的机会就越大，Solaicx的首席技术官、光伏领域的先锋J. William Yerkes说。

Yerkes表示，使用今天的硅，大约每100个被击落的电子中有16个能够进入现实世界。这意味着这些电池在将阳光转化为电能方面的效率为16%。通过提高载流子寿命，Solaicx的低成本晶圆已经产生了效率为21%的原型太阳能电池。

基于硅的太阳能电池占今天光伏市场的92%，但一些生产商正在押注于未来不同的、便宜得多的材料。其中一种是用纳米级碳分子盐化的导电聚合物，称为巴基球。去年，德国西门子太阳能集团（现在的壳牌太阳能）研究人员在塑料薄膜上涂了一层非常薄的巴基球混合物，生产出了一种效率超过5%的太阳能电池——这是有机太阳能电池迄今为止的最佳效率。这些太阳能电池的成本将是硅电池的一个小部分，因此房主可以购买五到十倍的表面积，仍然节省开支。

尽管成本低廉，但低输出可能会将初始应用限制在可折叠的笔记本电脑和其他便携设备的充电垫上。但研究人员相信，效率可以提高到7%，甚至10%。然后，涂在屋顶上的太阳能涂层可以为家庭提供所需的所有电力。

将屋顶转变为发电厂也是两岸新兴公司的一个重点。位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的Nanosys和Nanosolar，以及位于马萨诸塞州洛威尔的Konarka Technologies，正在开发可以应用于大多数表面的液态塑料化合物。但它们不是使用巴基球，而是用纳米级半导体线或称为量子点的针头来调味混合物。

日本巨头松下电器工业公司（MC ）已与Nanosys合作开发可以涂在屋顶和墙壁上的太阳能涂层。商业产品仍需几年时间才能问世。Konarka对其太阳能屋顶技术的时间表表示赞同，但为军用帐篷提供的充电垫和太阳能涂层可能明年就能准备好。

一家位于中西部的公司，能源转换设备公司（ENER ）在密歇根州奥本山的联合太阳能Ovonic部门在太阳能屋顶方面抢占了早期领先地位。自1997年以来，它一直在屋顶材料上涂覆硅涂层。其太阳能薄膜也可以作为撕贴卷供应，这些将用于中国北京新首都博物馆的屋顶。

得益于纳米技术和导电塑料带来的材料科学革命，有机太阳能涂层也在通用电气公司（GE ）和IBM（IBM ）等工业巨头的开发之中。并且有机太阳能电池是欧洲一项460万欧元、为期30个月的研究工作的重点。该项目名为Molycell，其目标与Solaicx和Stirling Energy所承诺的相似：每瓦特资本成本为1美元的太阳能系统。法国的原子能机构领导Molycell团队。Konarka、西门子以及半打大学和能源研究中心正在参与其中。

虽然美国在太阳能研究中仍然是一个主要参与者，但在从太阳能电池中获取利润方面却落后于其他国家。日本在各国中遥遥领先。2001年，日本的年产能几乎是美国167.8 Mwp的四倍——p代表峰值，或无云天——而德国稳居第二，拥有260.6 Mwp。去年，日本产生了全球一半的太阳能，建造了44%的所有新太阳能设备，并安装了五倍于美国的新太阳能发电能力。根据位于弗吉尼亚州沃伦顿的市场研究公司PV Energy Systems Inc.的数据，一家公司，夏普公司（SHCAY），占据了所有新太阳能电池板的27%。

全球范围内，太阳能系统的单位出货量在过去八年中每年增长35%或更多。包括安装成本在内，市场研究公司Clean Edge Inc.估计2003年太阳能行业销售额为47亿美元。对于2013年，位于加利福尼亚州奥克兰的公司预计太阳能销售将超过308亿美元。

然而，这一预测是基于每瓦安装成本仍然远高于1美元。如果Solaicx、Stirling Energy和Molycell在2007年前以每瓦1美元的价格提供太阳能发电，利用太阳能的商业前景可能会爆炸性增长。

作者：Otis Port，纽约