一抹陽光照亮綠色能源——光伏

　　太陽能，作為最富有潛力的綠色清潔能源之一，其每一步科技的進展與設(shè)備的創(chuàng)新都被人們廣為關(guān)注。近日，太陽能產(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。

　　世界最大太陽能發(fā)電站落成

　　世界上規(guī)模最大的集中式太陽能發(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2萬戶家庭提供電力。

　　“太陽一號”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，相當于300個足球場，發(fā)電能力達100兆瓦。

　　“太陽一號”發(fā)電站共有25.8萬個復(fù)合拋物面反射鏡，通過這些反射鏡將陽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，滾熱的油通過管道傳送到產(chǎn)生蒸氣的裝置內(nèi)，再由蒸氣帶動汽輪機發(fā)電。

　　該發(fā)電站的投產(chǎn)不僅能緩解阿聯(lián)酋電力消費的壓力，還可實現(xiàn)每年減少約17.5萬噸碳排放，相當于每年種植150萬棵樹，或減少1.5萬輛汽車上路。

　　阿聯(lián)酋的目標是到2020年，實現(xiàn)可再生能源發(fā)電占比達到7%。

　　國際可再生能源總干事阿敏表示，“太陽一號”發(fā)電站的啟用是中東地區(qū)規(guī)劃綠色能源未來藍圖的起點，阿聯(lián)酋在可再生能源方面作出的表率和承諾，對中東地區(qū)乃至全世界都具有重要意義。

　　分布式太陽能發(fā)電“革命”

　　如果突破風(fēng)能和太陽能發(fā)電上網(wǎng)問題的巨大瓶頸，我國將掀起一場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，國家能源局印發(fā)了《關(guān)于申報分布式光伏發(fā)電規(guī)?；瘧?yīng)用示范區(qū)的通知》?！锻ㄖ费堉袊魇∈凶灾螀^(qū)申報“數(shù)量不超過3個，申報總裝機容量原則上不超過50萬千瓦”的示范區(qū)，并將當?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)，但即使對于長期力推分布式能源發(fā)展的國家能源局來說，這也是迄今在鼓勵分布式太陽能發(fā)電方面最有力的政策。

　　同年10月26日，國家電網(wǎng)頒布《關(guān)于做好分布式發(fā)電并網(wǎng)服務(wù)工作的意見暫行》，宣布啟動分布式光伏發(fā)電支持政策。從11月1日開始，位于用戶側(cè)不超過6兆瓦的光伏發(fā)電項目可免費接入電網(wǎng)。國家電網(wǎng)態(tài)度這種一百八十度的大轉(zhuǎn)彎，消除了分布式太陽能發(fā)電發(fā)展的一大障礙，被人們普遍視為釋放中國巨大分布式太陽能發(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》，宣布將支持政策的范圍擴大到風(fēng)電、天然氣、沼氣和地?zé)岚l(fā)電。

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

　　的確，有了國家電網(wǎng)的新政策，那些受到鼓勵的個人可以在自家屋頂上安裝光伏板，成為能源供應(yīng)者。據(jù)測算，中國可利用的屋頂面積達到約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“能源革命”不遠了。

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

　　盡管每個分布式發(fā)電裝置的規(guī)模比集中式風(fēng)力和太陽能發(fā)電場中國此類電場很多小得多，但對這種發(fā)電形式的強調(diào)能夠讓中國的能源生產(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。如果這個方向切實可行，甚至還有可能影響到中國未來能源的整體構(gòu)想和規(guī)劃。

　　變化在切切實實地發(fā)生。就在國家電網(wǎng)的支持政策發(fā)布兩個月后，第一個分布式光伏發(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)電試點項目。截至2013年2月，國家電網(wǎng)已經(jīng)收到了超過100件入網(wǎng)申請。如今國家能源局和國家電網(wǎng)已經(jīng)制定了到2015年實現(xiàn)分布式太陽能并網(wǎng)發(fā)電1000萬千瓦的目標。

　　盡管可再生能源發(fā)展表現(xiàn)出上述一系列積極跡象，但我國距離能源革命的宏達愿景依舊遙遠。小型太陽能供應(yīng)商需要價格保證，我國亟需出臺專門為分布式光伏量身定制的固定上網(wǎng)電價，這一電價應(yīng)當至少保證分布式光伏項目業(yè)主向電網(wǎng)輸出的電力價格能夠與集中式太陽能發(fā)電廠的電價和收益率持平。

　　更有效地“管理光”

　　太陽能產(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·阿特沃特團隊在納米尺度上研究如何“管理光”，設(shè)計更巧妙的架構(gòu)，能使光伏電池的效率有一個質(zhì)的飛躍。

　　太陽能產(chǎn)生電力，是因為來自太陽的光子撞擊電池內(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。

　　傳統(tǒng)的太陽能電池通常是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光譜，通常也只能轉(zhuǎn)換不到 20% 的能量為電能，絕大部分陽光的能量都以熱能形式散失了。自1961年以來，科學(xué)家已經(jīng)知道，在理想條件下，陽光照射到單個p-n結(jié)晶體太陽能電池上，產(chǎn)生的電能數(shù)量有一個限度。這個絕對限度，從理論上說大約是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 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的砷化鎵太陽能電池最高的光電轉(zhuǎn)化效率可達到27.6%。如果將半導(dǎo)體材料堆疊起來能使轉(zhuǎn)化效率大幅提高。無限p-n結(jié)晶體太陽能電池在聚光下的理論效率極限是86%?，F(xiàn)實中，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，大量人力物力財力消耗在元件的疊加和制作緩沖層上，也意味著電池沒法做得很薄。

　　為了降低成本，也因為用途更加廣泛，研究人員一直在尋求制備更薄的太陽能電池的辦法。“薄膜電池”能與建筑完美結(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解決方案。

　　他們求助于一種奇特的光學(xué)效應(yīng)，稱為光學(xué)諧振optical resonance。正如無線電天線會諧振并吸收特定的無線電波，納米光學(xué)天線也可以諧振并吸收特定波長的光。利用這種效應(yīng)，他們設(shè)計了一種薄薄的納米楔形結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)吸光能力很強，能吸收70%的廣譜光線。它像一個棱鏡，將太陽光分解成 6~8個不同波長的部分，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。

　　他們利用這個理念設(shè)計出三種結(jié)構(gòu)，上述這一種已經(jīng)做出原型。太陽光經(jīng)由一塊金屬板反射并從一個獨特的角度進入這個特殊結(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薄膜太陽能電池，由6-8種不同的半導(dǎo)體材料組成。一旦光進入材料，它會遇到一系列很薄的光學(xué)過濾器。每一個過濾器只會讓特定顏色的光通過，被特定的電池吸收，剩下的依次過濾，依次吸收。

　　盡管設(shè)計不同，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，更有效地利用更廣的光譜，減少能源浪費。

　　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能電池技術(shù)。因為這種太陽能薄膜可以無縫融入任何最終的電子產(chǎn)品，受到無人機、消費電子產(chǎn)品、汽車、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。

　　蘋果公司也設(shè)想過柔性太陽能薄膜電池在移動設(shè)備上的應(yīng)用。今年初，媒體報道蘋果公司注冊了一項太陽能多點觸摸面板技術(shù)的專利，這種屏幕技術(shù)繼承了太陽能電池面板、多點觸摸傳感器以及光線傳感器，可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并通過手機內(nèi)部的能源管理單元把產(chǎn)生的電能儲存進電池，從而為移動設(shè)備提供更長的續(xù)航時間。

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

　　太陽能產(chǎn)業(yè)目前進入了整合期，給新技術(shù)的更新?lián)Q代創(chuàng)造了機遇。投資者們越來越將新能源產(chǎn)業(yè)視為熱衷的事業(yè)，電動汽車，民用航天器，五花八門的消費電子設(shè)備都對太陽能技術(shù)給予厚望。在環(huán)境污染日益嚴峻的今天，人類無不期盼著有效管理陽光的夢想終有一天能夠照進現(xiàn)實。

來源：綠色中國 　

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