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马萨诸塞州莱克星顿——在好奇的参观者视线之外，一家名为 1366 Technologies 的公司的实验室工作人员正在熔炉中熔化纯化的硅，直到它达到炽热的熔岩的稠度。然后他们撇去硅片，这是光伏太阳能组件的平台。
1366 首席执行官弗兰克·范·米尔洛说，这听起来可能很简单，但在中国、德国或其他任何地方都没有这样做。范·米尔洛是这家初创公司背后的麻省理工学院校友和技术企业家之一。
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他说，如果 1366 的工艺能够在工厂规模上发挥作用，将大大有助于使太阳能在本十年内像煤电一样便宜。
或者它可能行不通，正如范·米尔洛承认的那样，尽管到目前为止所有结果都进展顺利。“这真的很难。这不是零风险的冒险。我们仍然有很陡峭的山要攀登，”他说。
该公司的项目是能源部寻找改变游戏规则的技术以减少发电厂和机动车辆的碳排放的案例研究。
能源部高级研究计划署（ARPA-E）于 2009 年 11 月向 1366 提供了 400 万美元的拨款，这是 ARPA-E 最初奖励中唯一一家太阳能公司的拨款。这笔拨款提出了一个根本性的问题：政府机构能够在多大程度上、以多快的速度推动商业创新？
能源部长史蒂文·朱在 11 月的一个下午顺道拜访了 1366，戴上面罩以防止炽热的硅炉的伤害。他称赞该公司的领导者是“美国人的创新才华”的典范，他们不仅可以在先进能源技术领域竞争领导地位，“而且可以令人信服地获胜”，他说。
能源部设定了一个雄心勃勃（如果不是大胆的话）的目标，即将住宅和商业光伏太阳能模块的安装价格降至每瓦 1 美元，而公用事业规模的项目约为 3.50 美元，商业和住宅安装的则超过 5 美元。
“如果一切照常，到 2016 年，价格将达到每瓦 2.20 美元，因此我们需要进行重大改变才能达到每瓦 1 美元，”阿伦·马朱达说。朱从加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室招募了他来管理 ARPA-E。他说，达到每瓦 1 美元将使美国成为全球领导者。
能源部的研究拨款旨在寻求科学突破，而贷款担保则支持使用当今技术扩大太阳能设备制造。此外，还有联邦补贴和税收抵免以及州太阳能目标。能源部在 2010 财年用于太阳能研究的研发支出超过 4 亿美元。
国会批准了贷款担保和激励措施，并通过了《美国复苏和再投资法案》，该法案为额外的太阳能研究提供了 1.17 亿美元。奥巴马政府的举措目标更高，不仅寻求开发新的能源技术，还要实现它们的商业成功，为未来创造就业机会和美国在清洁能源技术领域的领导地位，据总统称。
但政府的目标已成为分裂国会民主党人和共和党人的另一个问题。能源部的科学和能源计划于 12 月 21 日由即将离任的众议院资助，其中 212 名民主党人和 16 名共和党人投了赞成票，而 130 名共和党人投了反对票。
“一切皆有可能”的价格
据能源部称，如果太阳能设备可以以每瓦 1 美元的价格安装，太阳能成本将降至每千瓦时 5 至 6 美分，不到目前该国大部分地区平均零售价格的一半。
该计算忽略了主要成本，例如扩展和加强电网以处理来自数百万太阳能装置的更复杂的电力流，以及在储能技术方面取得突破，以延长太阳能的影响，使其超出白天时间，并应对云层到来时输出的突然下降。
但每瓦 1 美元的目标将使太阳能能够在没有补贴的情况下与包括燃煤锅炉在内的任何来源的新发电竞争。
“每瓦 1 美元……这将收回成本，”朱去年告诉他的科学顾问。“一切皆有可能。”
能源部和行业专家一致认为，要达到该目标，需要在三个不同的方面取得突破。太阳能模块的成本必须从每瓦约 75 美元削减到该金额的三分之一或更少。管理太阳能模块输出的电子设备的成本以及在家庭、企业和公用事业部门安装太阳能设备的成本也需要类似的降低。
范·米尔洛说，1366 的目标是将硅光伏太阳能模块的成本降至每瓦 25 美分，超过每瓦 1 美元目标中的这一部分。
新工艺的诞生
ARPA-E 的资金使 1366 能够建造一个原型工厂机器，以直接从熔融硅生产超薄硅片。范·米尔洛不愿详细说明它是如何完成的。该工艺受多项专利保护，“有些事情我们只是保密，”他说。他将这项任务比作在冬天从池塘里拉出新形成的薄冰片。
今天，熔融硅被铸造成锭，然后从锭上切割出晶片，但在锯切操作中浪费了一半的锭。
1366 工艺由麻省理工学院教授和公司联合创始人伊曼纽尔·萨克斯发明，将把四个成本高昂的生产步骤压缩为一个，并消除从锭上锯切晶片的需要。“我们已经证明我们可以直接从熔体中制造晶片，这应该可以让我们降至每瓦不到 25 美分。使用传统的锯切技术，你根本无法做到这一点，”范·米尔洛说。
“现在，[从纯化硅中获得的]良品率远高于 90%，而不是在锯切操作中损失一半以上的硅，”范·米尔洛说。“那里有很大的、很大的节省。”
范·米尔洛说，1366 的“直接晶片”原型看起来很像工厂机器。“缺少的是自动化。我们还没有吞吐量。但机器的尺寸、它的构建方式、接口以及所有这些都已为工厂做好准备。”
1366 董事会成员鲍勃·梅特卡夫说：“未来还有重大的技术挑战。”他是这家公司最初的支持者之一 Polaris Venture Partners 的成员。“这不是诺贝尔奖，而是一项技术挑战。这将需要时间和金钱。”
上个月，领先的太阳能电池板制造商 Evergreen Solar Inc. 宣布将于 3 月底关闭其在波士顿郊外的制造工厂，这将造成 800 个工作岗位的损失，这给人们对美国强大的太阳能产业的希望造成了沉重打击。它将搬迁至中国中部城市武汉，以利用低廉的劳动力成本和政府对太阳能扩张的强大支持。
Evergreen 独特的晶片制造技术由萨克斯发明。它于 2008 年在马萨诸塞州州政府项目的财政支持下开业。但由于美国补贴的不确定性和价格下跌，该国的太阳能电池板制造似乎不再可行。
每瓦 1 美元的目标也有人怀疑。
GTM Research 的高级分析师 Shyam Mehta 说：“太阳能模块的成本离每瓦 1 美元还很远。”“即使到 2017 年，我也会对未来五年内看到这种情况发生感到非常惊讶。最终，这种情况必须发生。我们必须达到这些成本左右。”
Black & Veatch Corp. 的可再生能源顾问 Ric O'Connell 问道：“这是一个口号还是一个真正的目标？我认为答案是，介于两者之间。这有点像到 2020 年可再生能源占 20%。每瓦 1 美元听起来很棒。从某种意义上说，有一个目标是好事，所以它不仅仅是一个口号。但这还为时过早。他们刚刚启动了该计划。还有很多工作要做。”
降低模块成本是第一步。第二个挑战也很大，需要降低将光伏太阳能的直流电转换为电网使用的交流电的电子设备的成本并提高其性能。
实现“即插即用”
ARPA-E 创建了一个名为 ADEPT（敏捷电力技术交付）的计划，旨在缩小进行 DC-AC 转换的逆变器的尺寸和成本，就像计算机中的集成电路一样将其微型化。马朱达在去年的一次采访中说：“有一些关于如何降低成本、提高性能并真正获得技术领先于世界其他地区的有趣项目。”
一个有希望的想法是以高频率进行转换，从而实现组件的微型化和集成，并有望像计算机芯片一样实现成本的指数级下降，马朱达说。
最后，还有围绕模块安装的后端或“系统平衡”成本。
落基山研究所去年的一份 报告 得出结论，后端成本目前平均为每瓦 1.60 至 1.85 美元，可以降低至地面安装装置的 60 美分和屋顶安装装置的 90 美分。
该报告总结说，降低成本将提供“将光伏发电引入传统电力价格范围的途径”。
但这步需要自身的革命，从安装工作的自动化和无需电工即可连接的“即插即用”设计开始。数千个不同的当地建筑规范给需要解决的成本带来了另一个障碍。这些系统后端成本与模块成本大致相同，而且它们不像模块成本那样快速下降，马朱达说。
在朱的领导下，能源部最大的努力是审查和选择要用 2009 年刺激资金资助的太阳能项目，包括 ARPA-E 拨款。超过 3,600 名申请人申请了最初的 ARPA-E 资金。只有 37 家公司成功了，包括 1366 公司。
在 2010 年底，能源部的各种太阳能计划尚未被连接成对每瓦 1 美元目标的紧密协调的攻击，马朱达在一次采访中说。“这些是不同的计划，”他说。ARPA-E 直到 2009 年刺激法案通过后才获得资金。ADEPT 计划也是新的。“能源部还有其他部门，所以我们一直在集思广益，提出一个协调良好的倡议。”
“将 860 亿美元扔到墙上”？
能源部的方法引起了一些共和党人的强烈反对。在去年春季的众议院辩论中，众议员詹姆斯·森森布伦纳（共和党，威斯康星州）称能源部的研发计划是试图“将另外 860 亿美元扔到墙上，看看有什么能粘住”。
他断言，政府已经将重点从基础研究转移到增加“后期技术开发和商业化努力的支出……我不认为政府应该参与挑选赢家和输家的业务；然而，这正是这项立法条款试图做的。”
众议员达纳·罗拉巴彻（加州共和党）在辩论中说：“我们需要一个更广泛的战略，优先考虑支出，减少债务，消除赤字，并提供清晰、稳定和适当的监管环境。”“这项立法没有做出任何选择。它只是授权越来越多的支出。”
范米尔洛反驳说，不仅仅是纳税人为这项测试买单。
两家投资基金，北桥风险投资公司和北极星风险投资公司，为萨克斯和范米尔洛提供了1200万美元的启动资金。接下来是400万美元的ARPA-E拨款。反过来，这帮助他们去年从外部支持者那里吸引了3300万美元，包括一家韩国化工制造商和一家欧洲清洁能源投资者。范米尔洛说，能源部的支持帮助这些出资人验证了该项目的可行性。
萨克斯和范米尔洛在2007年花了一年的时间探索潜在的技术企业，最终成立了1366公司，该公司以太阳在地球表面每平方米提供的平均瓦数命名。他们最关心的是太阳能发电的潜力，即在不产生化石燃料排放温室气体的情况下发电。“从一开始，公司的目标就是‘以煤炭成本实现太阳能发电’。这一直是我们的标语。”
建设增值出口
但是，当范米尔洛列出该企业可能带来的回报时，他并没有从气候角度出发。而是从经济角度。
范米尔洛说，美国仍然是用于太阳能电池和半导体的提纯多晶硅的最重要生产国，主要由密歇根州和华盛顿州的制造商领导。GTM Research的一项研究显示，2009年，价值11亿美元的硅产品出口到外国太阳能组件制造商。
如果1366工艺可行，美国生产的提纯硅可以转化为晶圆，然后出口。范米尔洛说，这将使出口价值每年增加到70亿美元，并可能创造5万个就业岗位。
“这本质上证明了为这样一个项目花费公共资金是合理的。如果你把这个设施的研究人员数量加起来，再看看花的钱，你会发现它们不相符。如果你认为你可以创建一个具有竞争力的美国产业，并将出口价值增加三倍，那就变得很有意思了。”
“一旦你转向电动汽车，电力需求就会如此之大，以至于你正在为新的电力来源上线创造巨大的机会，而这将是太阳能胜出的那一天。”
在太阳能产业的历史上，能源政策的断断续续是美国公司在面对中国和德国时面临的巨大竞争负担。“我认为它会在未来二十年左右的时间里逐渐实现。不会是今天或明天，”范米尔洛解释说。“会有进步，也会有退步。这是我们民主制度的本质。但我也不想否定我们制度的智慧。最终，美国将再次在它开创的行业中发挥领导作用，我们将实现这一目标。”
“我们需要一点运气，”他说。“但这里肯定取得了巨大的进步，所以我感到乐观。处在我的位置上，你必须这样。”
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