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尽管近年来用于将太阳能转化为电力的太阳能电池技术稳步改进,但高成本和低效率使其无法成为化石燃料的可靠替代品。一些高科技巨头——IBM、英特尔和惠普 (HP)——希望利用大规模生产和商品化的相同模式来改变这种状况,正是这种模式帮助他们在过去三十年中使个人电脑成为主流。
IBM 上周宣布计划生产覆盖一层化学化合物薄膜的太阳能电池板。 其想法是,当薄膜应用于玻璃或砖块等不同表面时,可以比传统的硅晶圆太阳能电池(由与制造计算机芯片类似的材料制成)更有效地产生太阳能。(没错——一家建立在硅芯片基础上的公司正试图让世界摆脱在太阳能电池中使用硅。)
同样在上周,英特尔剥离了一家名为 SpectraWatt 的新太阳能技术公司,该公司成立之初就获得了来自英特尔、Cogentrix Energy LLC、PCG Clean Energy and Technology Fund 和 Solon AG 的 5000 万美元投资。
与此同时,惠普在本月初开始向位于加利福尼亚州利弗莫尔的 Xtreme Energetics, Inc. 授权技术,旨在帮助这家初创公司交付屋顶太阳能系统,该系统产生的能量是传统太阳能电池板的两倍,而成本只有一半。
根据六月份麦肯锡公司的一份报告,推动的时机是正确的:尽管在过去 20 年中,制造和安装光伏太阳能发电系统的成本有所下降,但传统能源发电的成本一直在上升,天然气价格也随之攀升。
麦肯锡的研究指出,随着太阳能电池市场竞争加剧,竞争对手必须通过改进制造工艺、投资研发以及将生产转移到低成本国家来不断降低成本。 IBM、英特尔和惠普凭借其数十年来为 PC、计算机处理器和其他技术设备微调制造工艺的经验,更不用说其数百万美元的研发预算以及在中国和印度等地的全球设施,完全有能力跨越这些障碍。
这有助于这些公司在降低成本的同时提高产品的性能。 美国能源部国家可再生能源实验室 (NREL) 光伏国家中心主任拉里·卡兹梅尔斯基 (Larry Kazmerski) 说:“我们需要像 IBM 这样的公司来制造这项技术,以便将这些东西推向市场。”
典型的太阳能电池的效率为 15%——根据 NREL 的数据,大约六分之一的照射到电池上的阳光会产生电力。 硅晶圆太阳能电池占已安装太阳能容量的 90%,效率更高,可以将高达 20% 的太阳能转化为电能,而薄膜电池通常只能转化约 10%。预计这种差距将在未来几年内缩小,使薄膜电池成为更好的选择,其成本仅为硅晶圆电池的一半。
如今最便宜的太阳能电池是使用碲化镉薄膜制成的。 典型的碲化镉电池以 10% 的效率将太阳能转化为电能,成本约为每瓦 4 美元——尽管NREL 声称已开发出效率为 16.5% 的原型。 IBM 的 CIGS 技术(铜、铟、镓和硒)是一种薄膜方法,最初能够将其接收到的太阳能至少 15% 转化为电能,IBM 位于纽约州约克镇高地的 T. J. Watson 研究中心高级经理 Supratik Guha 说。 相比之下,NREL 版本的 CIGS 薄膜太阳能电池的效率为 19.9%。
由晶体硅制成的光伏太阳能电池板可以产生每瓦 2.25 美元至 3 美元的能源。 Guha 说,玻璃面板上的 CIGS 可以将成本降至每瓦 1.50 美元,但他也承认,太阳能要与化石燃料发电竞争,必须将成本降至每瓦 1 美元以下。
IBM 希望降低成本的一种方法是通过一种工艺来制造电池,该工艺将半导体材料溶解在溶剂中,形成一种溶液,该溶液被放置在玻璃或金属片上并加热,直到材料粘附。 到目前为止,薄膜太阳能电池都是在真空室中制造的——半导体材料被放置在玻璃或金属上,然后将空气从腔室中抽出,产生压力使材料熔合。 但是,这种真空室的建造费用昂贵且操作复杂(在制造薄膜的过程中需要监测压力、温度、电流、电压、时间和其他因素)。 Guha 对新工艺持谨慎乐观态度,“从概念上讲,这很简单,”他说。“但这仍然是一个很大程度上未经证实的工艺。”
IBM 将与东京应化工业株式会社 (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) 合作开发电池,该公司是计算机芯片、LCD 电视和其他需要化学处理表面的设备的制造商;他希望在 2011 年之前将它们推向市场。
英特尔的 SpectraWatt 将在今年年底前开始在俄勒冈州建造一家制造工厂,并计划在 2009 年年中开始向太阳能电池板制造商运送由晶体硅制成的薄膜太阳能电池。 SpectraWatt 首席执行官安德鲁·威尔逊 (Andrew Wilson) 说:“所有不同的太阳能技术都在朝着同一个目标努力,即找到一种将太阳能商品化的技术。客户关心的是每千瓦时的成本。”
威尔逊说,英特尔正在研究太阳能系统电池本身以外的组件,他对 SpectraWatt 技术的具体细节守口如瓶。 他指出,太阳能电池仅占制造能量收集和转换系统所需技术的约 25%。 他补充说:“英特尔正在寻求降低整个系统的成本,而不仅仅是太阳能电池。”
自 2002 年以来,惠普和俄勒冈州立大学的研究人员一直在通过将半导体氧化锌锡烘烤到玻璃或塑料中来开发透视晶体管。 惠普最初设想将这项技术作为在汽车或火车车窗中创建计算机显示器的一种方式,但 Xtreme Energetics 希望到 2010 年开始将这种电路集成到其太阳能电池板中,以提高其收集阳光的能力——这是薄膜模型的另一种应用。
由于太阳能电池板将是透明的,Xtreme 也希望建筑师和建筑商愿意将这些不显眼的太阳能电池板融入到他们的设计中。 Xtreme 首席执行官科林·威廉姆斯 (Colin Williams) 说:“如今,大多数太阳能电池农场都位于沙漠中。 这些沙漠公用事业公司的问题在于,它们离客户很远,因此他们必须运输电力,这会导致能源损失。 我们想提供一些公司可以安装在其数据中心屋顶上的东西。”
现在判断 IBM、英特尔和惠普能否像他们在计算机领域所做的那样成功地为太阳能创造大众市场还为时过早。 布鲁克海文国家实验室国家光伏环境研究中心高级科学家、哥伦比亚大学环境工程教授瓦西里斯·弗特纳基斯 (Vasilis Fthenakis) 说:“薄膜将能够降低电力成本,从而更好地与现有公用事业价格竞争。 但我们确实需要详细了解这些公司提出的方案,以及它是否真的会不同于过去几年已经开发的太阳能技术。”
这些公司正在资助自己的研究,没有政府补贴或税收激励,这些补贴或激励措施可能会在技术准备好上市后出现。 弗特纳基斯说:“最大的问题是,谁能在没有补贴的市场中降低价格。”