世界科學(xué)200811能源領(lǐng)域中的硅谷

1、太陽能產(chǎn)業(yè)異軍突起，形式不一能源領(lǐng)域中的“硅谷”良/編譯風(fēng)力發(fā)電是可行的，而且在將來會運行得更好。，風(fēng)能只不過是一個中間過渡站，最終目標(biāo)是截取陽光收獲太陽能，而不是等待陽光攪動大氣，然后在由此產(chǎn)生的氣流中安裝渦輪機。幸運的是，發(fā)明家喜愛解決這類問題。他們想出的主意各不相同：有的希望利用太陽能帶動物里的取暖系統(tǒng)；有的打算使用反向散熱器；有的則想到最尖端、最時尚的領(lǐng)域納米技術(shù)，以確保捕捉到每一粒光子，并將其轉(zhuǎn)化為電能。光伏電池是最具傳統(tǒng)風(fēng)格的太陽能發(fā)電形式，也是目前增長最快的可替代能源的形式，每年增長 50%，太陽能發(fā)電的價格也在下降。劍橋能源研究（CERA）是由爾耶金（Daniel Yergin

2、）經(jīng)營的一家咨詢服務(wù)機構(gòu)。該機構(gòu)的數(shù)據(jù)表明：1995 年時一度光電價格是 50 美分，2005 年時則下降到 20 美分，而且仍在下降。并不是說可再生能源比燃煤發(fā)電便宜，但是說明能源在朝著合理的方向發(fā)展。光伏電池俗稱太陽能電池，直接將陽光轉(zhuǎn)化為電能，但這不是利用陽光發(fā)電的唯一方式。也可以將太陽光集中起來，把水燒開，利用所產(chǎn)生的蒸汽來驅(qū)動渦輪機。有關(guān)能源的未來，兩個截然不同的提出了一個懸而未決的問題：太陽能發(fā)電，是否會像幾十年來從一個中心區(qū)域發(fā)電，然后經(jīng)過長距離輸送到達消費者家中，還是像一個世紀(jì)以前那樣，從某種程度上說就地發(fā)電、就地消費？“熱鋼片”屋頂生產(chǎn)太陽能電池的初衷是就地開發(fā)就地消費。這就

3、像風(fēng)力發(fā)電機組一樣，只不過比風(fēng)力發(fā)電更具有 “就地開發(fā)就地消費”的特點，因為只要用一塊太陽能電池板就可以發(fā)電。如果你住在陽光相當(dāng)充足的地方，將幾塊太陽能電池板放到屋頂上，你就可以減少耗電花費。也許你可以把電能回賣給當(dāng)?shù)氐墓╇姽尽栴}是，眼下你可能需要透支財力來購買太陽能電池板，而且你別指望在短期內(nèi)收回投資。，許多工程師正在努力改變這種現(xiàn)狀，其中之一就是麻省理工學(xué)院（MIT）的（Emanuel Sachs）。在一些工程師追求令人興奮的大幅度提升技術(shù)，以改進太陽能電池運行方式的同時， 博士則更喜歡穩(wěn)步地推進技術(shù)的進步。正如他所認(rèn)為的，正是這樣的逐步改進推動著摩爾定律（Moores law）所描述

4、的那種快速發(fā)展。摩爾定律就是對計算機處理能力快速發(fā)展的一種描述，這種描述已經(jīng)廣泛地為人們所接受。表 1：從 1980 年到 2007 年，光伏模塊售價變化趨勢示意圖另外，這個類比是恰當(dāng)?shù)?。傳統(tǒng)的太陽能電池跟計算機一樣，都是用硅的，而且也是出于同樣的原理，依靠硅材料類似半導(dǎo)體的特性來運行的。帶負電荷的和帶正電荷的“黑洞”到處移動，移動時承載著電流。就太陽能電池而言，陽光將從正常的位置沖撞出去，造成空穴，因而產(chǎn)生電流。在逐步改進的過程中，博士的第一個貢獻是一項叫做平行帶（string ribbon）的技術(shù)。該技術(shù)把容器中兩條平行帶之間的硅溶液抽掉，將生產(chǎn)一塊太陽能電池所需的硅材料減少了一倍。一家名

5、為 Evergreen Solar 的公司把這項發(fā)明推向了市場。最近投資的一個企業(yè)叫做“1366 技術(shù)公司”，是按照太陽能在每平方米地面上所產(chǎn)生的平均功率（數(shù)）來命名的。該公司的目標(biāo)是，在平行帶技術(shù)的基礎(chǔ)上增加 3 個新理念，3 個新理念結(jié)合起來在效率上應(yīng)該可以提高 27%。他和同事在納米的尺度上對硅晶體表面進行了重新設(shè)計，目的是保持光線在電池內(nèi)不斷來回反射，直到最終被吸收。他們對收集電流的銀線也做了類似處理，而且他們還使銀線變得更細，這樣做主要是為了避免銀線遮擋太多的陽光。博士說，這些革新措施將會把太陽能電池的投資降低到每2以下。這方面的投資正在。當(dāng)然，電價是另外一回事。（Paula Min

6、ts）所說：價格接近燃煤發(fā)電廠的成本：建一個 10 億的燃煤發(fā)電廠大約花費 10 億正如加州帕洛阿爾托市導(dǎo)航咨詢公司（Navigant Consulting）的是由市場行情決定的。近年來，這些市場行情尤其是一些歐洲對太陽能發(fā)電給予了大量的補貼，使電價一直高出成本價許多。，正如表 1 所顯示的那樣，太陽能電池的價格也有了大幅度下降。其他研究支持一項更新的名為薄膜光伏電池的技術(shù)。薄膜電池可以用硅來，但多數(shù)改進的工藝是利用合金材料來的，有時將奇異的合金材料用作半導(dǎo)體。這些合金材料不像傳統(tǒng)的大塊硅電池那么高效，這意味著每平方米電池不能轉(zhuǎn)化同樣多的陽光。但是薄膜電池使用的材料要，這樣成本就會降低。而且，

7、薄膜電池可以安裝在彎曲的表面上，比如安裝在像發(fā)絲一樣薄的鋼片上，其用途更為廣泛。目前，在這個領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的是“第一太陽能（ First Solar）”公司，該公司利用碲化鎘作為薄膜。但是第一太陽能公司即將其他公司的激烈競爭。比如，雷公司（Miasol）是加州的一家小公司，該公司一直在研制一種由銅、銦、鎵和硒的合金材料，這種材料被稱為“CIGS”。 據(jù)估計，CIGS 比碲化鎘效率更高，但仍比不上傳統(tǒng)的硅材料。此外，鎘是一種的材料。盡管第一太陽能公司小心翼翼地把鎘密封起來，以免造成危害，但是 CIGS 在公眾心目中處于有利的地位，因為其中不含鎘?，F(xiàn)在，商家將薄膜太陽能電池包裝起來，作為標(biāo)準(zhǔn)的太陽

8、能電池板出售。但是，這種現(xiàn)狀可能會改變。第一太陽能公司將薄膜覆在上，而雷公司的（Joseph Laia）指出，CIGS材料。那些更注重環(huán)保的加州這種基于鋼片的易彎曲而且輕便，憑著本身的良能可以用作人，如果有誰愿意響應(yīng)加州 2006 年宣布的“百萬太陽能屋頂”計劃（目前的做法是把太陽能電池板固定在的房子上），他們將很快就能夠把碲化鎘和 CIGS 可能比硅材料便宜，雷公司涂有 CIGS 的鋼片作為搭建屋頂?shù)牟牧嫌糜诎l(fā)電。太陽能所依賴的和鋼材更便宜。這項技術(shù)的支持者們有一個宏大的構(gòu)想：太陽能發(fā)電要用平方公里來計量。他們想在沙漠地帶鋪上鋼片鏡和鏡，利用反射的陽光把水燒開進行發(fā)電，然后并入為風(fēng)力發(fā)電所架

9、設(shè)的長途直流電網(wǎng)中，把電輸送到城市中。沙漠那些對因依賴石油而造成世界在認(rèn)真考慮大規(guī)模利用太陽影響表示擔(dān)心的人們，發(fā)現(xiàn)這個情況后會不大高興：阿爾及利亞正發(fā)電。處于電力緊缺狀態(tài)的歐洲市場位于阿爾及利亞北部，而其南部撒沙漠中的許多陽光則被浪費，因此該國正在想辦法把兩者整合起來。現(xiàn)在，阿爾及利亞正在阿爾及爾市以南約 400 公里處的將會開工。4 月份，摩洛哥的安能熱系統(tǒng)的也日趨增多。對于前建造一座實驗性的太陽能熱發(fā)電站，如果一切順利的話，明年也啟動了一個類似的工程。在北非一些境內(nèi)，準(zhǔn)備建造太陽情報局先生那樣的人物來說，幸運的是有的沙漠，這些沙漠也即將成為布滿反射鏡發(fā)電站的場所。拋物碟式鏡太陽能熱發(fā)電站

10、有四種不同的設(shè)計：拋物槽式鏡、拋物碟式鏡、塔式太陽和菲涅爾系統(tǒng)。塔式太陽是利用反射鏡陣列將陽光集中于一個高臺上；菲涅爾系統(tǒng)則利用比較便宜的模仿拋物槽式系統(tǒng)。所有設(shè)計要么是給水加溫產(chǎn)生蒸汽來驅(qū)動發(fā)電機，要么就是給低熔點的鹽類（如硝酸鉀）加溫使之液化，用來蒸汽。目前在西南部的沙漠地帶，所有這四種設(shè)計有的正在進行商業(yè)，有的則正處于商業(yè)之前的試驗階段。根據(jù)劍橋能源研究的數(shù)據(jù)，目前太陽能總產(chǎn)量僅為 400 兆，如果現(xiàn)在預(yù)定的項目都能夠?qū)崿F(xiàn)，在接下來的 4 年中產(chǎn)量會增加 10 倍，4 年之后的產(chǎn)量很可能還要多得多。況且，鹽電廠可以將收集到的部分熱量轉(zhuǎn)入熱庫中，使發(fā)電機在夜間也能夠保持運轉(zhuǎn)，克服了太陽能“

11、太陽下山便斷能” 的主要缺陷。從小規(guī)模發(fā)展起來工程師們肯定認(rèn)為他們表明：沒問題。兩年前，絕好地段，產(chǎn)量可達 200 兆可以提供技術(shù)，但是有了技術(shù)是否就能夠提供所需的電能呢？粗略的估算西部諸州聯(lián)合派出的一支工作隊發(fā)現(xiàn)，西部內(nèi)有建造太陽能熱發(fā)電站的，相當(dāng)于現(xiàn)有發(fā)電量的 20%，該發(fā)現(xiàn)是個不錯的開端。奧斯拉是加州帕洛阿爾托市一家由美籍澳大利亞人開辦的公司，這個公司的（Robert Fishman）估計：該公司的菲涅爾陣列加上自備的蓄熱系統(tǒng)，生產(chǎn)出的電可以賣到 8 美分一度。這個價格相當(dāng)于通用電氣公司（GE）風(fēng)力發(fā)電的電價了，而且大規(guī)模生產(chǎn)會使電價進一步下降。比起純粹的燃煤發(fā)電，可能不算便宜，但是各州要求電力企業(yè)購買可再生電能，奧斯拉公司將會得益于這些政策。但是，如果按每噸 30征收排放稅，或者要求將截留并掩埋起來，奧斯拉公司的電價就跟燃煤發(fā)電的電價相差不多了。，最吸引人的技術(shù)要歸屬于洛杉磯的桑爾吉公司（SUNRGI）。該公司利用反射鏡聚集太陽光線， 但不是集中在鍋爐上，而是集中在太陽能電池上。據(jù)說這個系統(tǒng)可以將 37%的陽光轉(zhuǎn)化為電能。4 月份，該公司聲稱其所發(fā)之電可以賣到不可思議的價格：每度 5 美分。這個宣稱還有待通過試驗來證明，在證實之前我們應(yīng)該用懷疑的態(tài)度來對待此事。，這反映了該領(lǐng)域發(fā)展