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突破性太阳能技术能否有出头之日?

国际新能源网  来源:麻省理工科技评论  作者:凯文•布利斯 2  日期:2015-01-26

电池组是一块矩形的平板,有电影院屏幕那么大,安装在厚厚的钢底座上,配备有追踪系统,可以使电池板始终朝向太阳。这块平板由10万个小透镜和相同数量的更小的太阳能电池构成,每个电池只有圆珠笔尖那么大。这个精巧的装置是转换效率最高的太阳能装置的一部分。

Semprius是一家位于美国北卡罗莱纳州达勒姆的初创公司,它声称下一代电池板会使太阳能发电成为成本最低的发电方式,是建立新发电厂的最佳选择。装备1000个这样的装置,每千瓦时电量的生产成本不超过5美分,甚至低于当前最便宜的发电方式:天然气发电。

这项技术由伊利诺伊大学化学与材料科学和工程学教授约翰˙罗杰斯(JohnRogers)的实验室开发。Semprius从包括西门子在内的投资者那获得了4500万美元的投资,已经创下了太阳能电池转换效率最高的世界纪录――指转化成电力的太阳能总量。Semprius在去年曾表示可采用新技术制造一种新型太阳能电池,据信这种太阳能电池的转换效率可达50%,是传统太阳能电池的三倍。

尽管对于技术做出了承诺,Semprius还是面临着财政困难。要使技术具有成本效益,Semprius必须大幅扩大太阳能电池的生产规模。现在,它可以生产出足够每年产出6兆瓦电量的电池组,但公司还需筹集4000万美元将产量扩大到每年至少200兆瓦。它目前的投资者表示会继续为它投资,让它继续运作下去,但投资不是永久性的。Semprius要很快找到新投资者。否则它只有破产了。

Semprius的遭遇在太阳能初创公司中绝非仅有。创建于2005年的Semprius是近年来风险投资浪潮的产物,在这股投资浪潮下有几百家太阳能公司成立,它是仅存几家公司中的一个。许多公司或者破产,或者被廉价收购。投资者的损失超过10亿美元。这使得太阳能公司不论其取得多大的成就都难以再获得投资来证明它们的技术有多棒。

“2007年,风险投资商对太阳能公司大把地扔钱。只要你的名字中有太阳的字样,甚至以S开头就可以,”Semprius的技术部总监斯科特˙伯勒斯(ScottBurroughs)说,“现在正好相反,只要与太阳能相关,他们连想都不想就会拒绝你。”

这就可能导致可使太阳能真正具有竞争力的突破性技术再无出头之日,不是因为没有技术优势,而是因为投资者被吓破了胆。

魔法图章

Semprius并不是在乞求投资。在太阳能技术繁荣的泡沫时期,初创公司Solyndra获得大约10亿美元的风险投资,而且还得到了美国政府以贷款形式提供的5亿美元以用于建设大型工厂。几年前,Semprius本可以轻松筹到4000万美元来提高产量,将成本降得更低。不像早期的太阳能初创公司那样把赌注放在开发生产设备上,Semprius更注重使用廉价的现有设备,其中有些设备是LED设备。利用现有LED制造设备的过剩产能很容易制造出所需的设备。

没有关键的新型生产技术,公司是不可能生存下去的,但这种技术却是极其简单。在Semprius北卡罗莱纳州的工厂里,你可在两个由玻璃密封的装置中看到这项技术,每个装置和办公用复印机差不多大不上。仔细察看,你会看到机器人手臂的一端是一个刻有图案的橡胶图章。就是这个图章使Semprius实现了高效率、低成本的太阳能发电。

这个图章由罗杰斯的实验室开发,它可以使Semprius对一种叫做聚光光伏的太阳能技术进行改进,这种技术的历史已有几十年了。做法就将透镜放在电池上方将光线聚焦到电池上,这样就可以增加太阳能电池收集的能量。现有的技术是使用400平方厘米大的透镜将光线聚焦在1厘米大的太阳能电池上,聚光率为400。

利用Semprius的印章可制造出太阳能电池阵列,所述的太阳能电池比聚光光电池中使用的电池更小更薄。为了让聚光技术起作用,需要将所述太阳能电池拿起排成阵列,与透镜阵列的透镜配对――这时就需要印章上场了。它可以一次拾起并运送数千个微小的太阳能电池,而不损坏它们,完全降低了使用微型太阳能电池的经济成本。

微型太阳能电池有很多优势:由它们所需材料较少,因此可由较高昂贵的半导体材料制成,这种材料比硅更有效率。而且,它的散热性能很好,可以强烈日照下工作,聚光率可达到1600:1,远高于400:1。因此,产生与传统太阳能电池相同电量所需的材料和资金要少得多。

这些优势和透镜的巧妙设计使Semprius在2012打破了太阳能转换纪录。但伯勒斯表示,今年所取得的另一项成就会使公司走得更远。Semprius展示了它秘密武器橡胶印章--有了它就可以快速准确将由不同半导体材料制成的电池堆叠起来。这也是研究人员长期以来一直想做到的,因为这样可以使半导体材料与太阳光谱相匹配。光线中的某些波长的光线会被一种材料吸收,其他波长的光线会穿过半导体,以此类推。

用传统的设备是无法实现电池的堆叠的。Semprius的橡胶印章和极薄的半导体片使排列电池变得更加容易,在电池之间实现电连接。

伯勒斯预计今年Semprius将打破现有纪录,然后优化技术,很快会再创新纪录。如果Semprius能够坚持到今年年底,这就会变成现实。

黑暗之谷

西门子公司在2011年购得Semprius的股份。在对Semprius的技术进行仔细评估后,西门子公司太阳能全球业务部经理托马斯˙马特(ThomasMart)说:“我们看到了通往实现电力低成本的道路。”

西门子和Semprius制定了共同合作计划,Semprius负责生产聚光光伏设备,西门子利用它的技术优势建立太阳能工厂。但是,在西门子投资Semprius15个月以后,事情发生了变化。

对传统的硅太阳能电池的巨大投入,尤其在中国,降低了生产的成本,而且市场上充斥着价格低廉的太阳能光板。由于太阳能光板价格低廉,太阳能公司几乎不可能再更换技术(例如太阳能薄片或聚光光伏板)来参与竞争。很多有希望的公司倒下了,规划好的聚光光伏市场萎缩了,这一切都促使西门子选择退出这个行业,结束与Semprius的合作,这标志着Semprius开始进入困难时期。

Semprius的太阳能设备最适合太阳能发电厂使用。西门子的支持会有助于说服它们采用这项新技术,但失去了西门子这个伙伴,这项工作变得极为困难。

对Semprius来说更糟糕的是,传统的硅太阳能光板的价格还会继续下降,效率还会更高。硅片是太阳能电池中最昂贵的部分,制造硅片的新方法可将硅片的成本降低一半甚至更多。新的太阳能电池设计正渐渐逼近Semprius的转换效率。这种优势最终会使太阳能比化石燃料更便宜,即使没有Semprius的技术。

但是硅太阳能还没有达到这个效率,这对于Semprius来说是个机会。据美国能源信息管理局估计,新的太阳能发电厂的发电成本将低于每千瓦时15美分――远高于天然气发电的每千瓦时6.5美分的标准。因此,如果Semprius不倒下的话,它将很快拥有使太阳能光板发电成本达到每千瓦时5美分的技术,这项技术可能会吸引那些计划建设新发电厂的企业。“不需要新发明,只需良好坚固的工程即可,”伯勒斯说。
 

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