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作者：周彧 来源： 发布时间：2019-1-8 14:55:2
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毫无疑问，与化石燃料相比，太阳能在制造低成本电力方面具有无可比拟的竞争力。
自20世纪五十年代单晶硅电池问世以来，光伏电池技术经过不断改进与发展，目前已经形成一套完整而成熟的技术。随着全球可持续发展战略的实施，该技术得到了世界许多国家的大力支持，在全球范围内广泛使用。特别是在21世纪，光伏产业更以令世人惊叹的速度向前发展。
那么，太阳能产业是否已经到达顶峰了呢？其实不然。我们可能只是看到了开始。
不断变动的前景
根据美国国家可再生能源实验室（NREL）发布的一份面向技术密集型美国企业的路线图显示，开发新太阳能业务的选择非常多。
尽管目前中国在太阳能光伏发电（PV）制造领域占据主导地位，并且可能在一段时间内继续保持在该行业的全球领导地位，但这项关于太阳能迅速变化的前景的新研究表明，“利基市场”有可能在未来十年达到10亿美元的规模。同时，随着太阳能变得越来越便宜和普及，它会有各种各样的新用途。
来自美国能源部下属的NREL和科罗拉多矿业学院的太阳能专家共同撰写的这项名为“增加市场和降低高比功率光伏发电的包装重量”的研究，暗示企业有利润丰厚的理由来推进太阳能的创新选择。
或者，正如NREL资深科学家、这篇研究论文的第一作者Matthew Reese所解释的那样，太阳能发电现在已经达到了电网平价。这意味着它可以与煤炭和天然气竞争，而煤炭和天然气曾是美国最经济的两种电力来源。
“我们探索功率重量比背后的极限，以及它如何为光伏发电领域的新兴企业创造价值，使其能够达到千兆瓦规模，而无需直接与硅太阳能电池板竞争，”Reese直言。
新薄膜技术崛起
1954年，来自美国新泽西州牧瑞丘的贝尔实验室的科学家们合力研发出第一个有实际应用价值的太阳能电池。这是一块硅制的面板，在一盏小日光灯的照射下，其产生的电量足以驱动一个小的玩具摩天轮。《纽约时报》曾评论道，硅太阳能电池“可能标记着新时代的开始，最终会实现人类最渴望的梦想之一，即利用几乎无限量的太阳能于人类的文明上。”
最早期的硅太阳能电池将太阳能转换成电能的效率大约有6%，与之前的太阳能电池比起来是极大的进步。不过，最初的硅太阳能电池由于制造费用昂贵，早期要将其商业化并不是很成功，但在短短几年间，太阳能电池已普遍用于供应人造卫星所需的电力，之后也应用于其他的用途。
近年来，中国利用补贴和创新，使硅基光伏发电产业形成了一定的规模，从而让竞争对手“非常难以”与之匹敌，Reese解释道。但他指出，虽然制造太阳能的新型薄膜技术才刚刚开始发展，不过它们具有颠覆旧市场、创造新市场的潜力。
与薄膜光伏相比，硅在过去享有很多补贴，Reese表示。硅光伏最初的发展得益于半导体行业（其主要目标是制造现代计算机）提供的数十亿美元的资助。太阳能发电技术如今已经发展成熟到可以确保电池板产生30年可靠电力的程度。
现在，美国海军研究办公室正在资助NREL对其他化合物的最新研究，这些化合物可以被制成能够利用光发电的薄膜。它们包括碲化镉、铜铟镓硒以及与钙钛矿有关的一类岩石，它们比硅更轻、更柔软。
据Reese介绍，来自海军的挑战是“你能否制造出真正轻量的太阳能，尽可能轻的重量”，并找到一种可以以最低的成本扩大规模的材料。
实际上，美国海军和其他美国军事部队正在寻求用太阳能发电来作为消除电池的方法，并减少人员伤亡。因为军方从伊拉克以及后来的阿富汗获悉，前线部队的士兵有时需要携带80到100磅的装备。很大一部分是由用于各种设备的电池组成。
这些电池必须通过柴油发电机充电，而柴油发电机又需要昂贵的飞机或卡车车队来运送。但这些车队经常遭到攻击。
根据这项新研究，尽管新兴的轻型和柔性薄膜太阳能技术可能比传统的硅制造成本更高，但它们更轻的重量和更强的韧性将会改善现状，特别对海军来说，可以拯救生命。
应用边界的拓展
重量轻、更灵活的新型薄膜光伏技术，以其独特的优势可以更快地渗透到其他太阳能市场。
据科学家们预测，太阳能在建筑物中将会有更多的用途，其中轻质太阳能材料可以应用在窗户、盖板和其他建筑结构上。而且随着需求的不断增长，其成本也会相应降低。
此外，在被称为“CubeSats”的小型太空卫星上越来越多地在使用更轻、更紧凑的太阳能发电。还不止于此，Reese指出，像丰田普锐斯这样的电动汽车都配备了太阳能供电的选项，以及一个小型风扇，可以把停放着的汽车所积聚的热量吹散，这样可以节省电力，从而扩大电动汽车的使用范围。
这项新研究中还讨论了另一个更高效、更小的太阳能装置——“室内光采集”，或者说通过混合的室内照明来发电。这种装置可能适用于既有室外照明又有置顶荧光灯管的办公楼。在那里，小型太阳能设备可以将光转化为电能，为电子设备或一系列无需靠近电源插座的传感器供电。
在Resse看来，小型太阳能发电装置将会随着无人机和其他无人驾驶飞行器的开发而得到进一步的利用，比如去年在遭受风暴重创的波多黎各使用的气球Project Loon，可以快速恢复电子邮件和短信等基础互联网服务。
由谷歌的母公司Alphabet Inc.开发的这些可操纵气球被称为“实验技术”。不过，在未来，类似的装置可能会帮助城市从停电状态中快速恢复过来。
对Reese而言，更便宜、更无处不在的太阳能的不断发展，可能也会使其应用于以前被认为是不经济的技术上。比方说，将其应用在饱受干旱困扰的美国西部的海水淡化厂。
“这就如同你担心大气中的二氧化碳不断聚集，但从空气中收集二氧化碳并将其固化同样不经济，”他坦言。“如果能源足够便宜，那么可能就会有一个更耗能的过程。”■
《科学新闻》 (科学新闻2018年12月刊 能源)
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