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著名的環(huán)境學(xué)教授瓦茨拉夫·斯米爾（Vaclav Smil）在其著作《能源神話與現(xiàn)實(shí)》中，認(rèn)為太陽能和風(fēng)力發(fā)電能夠成為主力電力設(shè)施是那些狂熱分子鼓吹出來的、永遠(yuǎn)不可能實(shí)現(xiàn)的神話故事。他這樣說的主要依據(jù)是2000年到2009年光伏系統(tǒng)的成本價(jià)僅僅下降了不到10%，離實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)遙遙無期。

然而，他沒有料到的是，光伏行業(yè)的技術(shù)發(fā)展從2010年開始就一路狂奔，成本以肉眼可見的速度迅速下降，通威集團(tuán)董事局主席劉漢元在其著作《重構(gòu)大格局》中提到，過去十年，光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本下降了90%以上，2020年平均上網(wǎng)電價(jià)已降至0.35元/千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)“十四五”期間還將降低到0.25元/千瓦時(shí)以下，屆時(shí)光伏發(fā)電成本將低于絕大部分煤電。

而現(xiàn)實(shí)比劉漢元的預(yù)測還要激進(jìn)，在2021年6月國家電投集團(tuán)在四川甘孜州中標(biāo)項(xiàng)的的一個(gè)光伏項(xiàng)目的上網(wǎng)電價(jià)已經(jīng)低至0.1476元/千瓦時(shí)，不到當(dāng)?shù)孛摿螂妰r(jià)的一半。同年4月，位于沙特的某項(xiàng)目最終上網(wǎng)電價(jià)更是低到難以置信的0.068元/千瓦時(shí)，幾乎等于白給。這是連科幻小說都不敢寫的逆轉(zhuǎn)劇情，但卻真真真切切地實(shí)現(xiàn)了，光伏的能源神話已然變成了現(xiàn)實(shí)。

為什么光伏發(fā)電的成本能夠夠以難以置信的速度下降，這與光伏發(fā)電自身的特點(diǎn)有關(guān)。通威集團(tuán)主席劉漢元曾在某次采訪中提到：“太陽能是我們目前可使用的能源中一次性轉(zhuǎn)化效率最高，并且使用最簡單、最可靠、最經(jīng)濟(jì)的新興能源，具備十分獨(dú)特的優(yōu)勢，是未來新能源發(fā)展的必然選擇。”光伏發(fā)電是所有發(fā)電技術(shù)中唯一不需要通過機(jī)械能轉(zhuǎn)化就可以發(fā)電的技術(shù)，這就代表了它的能源轉(zhuǎn)化效率更高，成本下降空間更大。

太陽能發(fā)電的發(fā)展空間有多大？根據(jù)Carbon Tracker的報(bào)告《天空的極限》顯示，太陽通過輻射照射到地球的總功率約為173,000TW，而人類從技術(shù)上可通過光伏發(fā)電實(shí)現(xiàn)每年最高5500PWh的發(fā)電量，超過當(dāng)前全球總能源需求的80倍，看起來非常樂觀，即使我們只開發(fā)其中的2%，也能完全滿足當(dāng)前的能源需求。

光伏發(fā)電的原理是利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，即只需要將太陽光照到薄薄的半導(dǎo)體上就能形成電流，我們將一張張半導(dǎo)體做成的電池片組裝成電池組件，就能讓電流規(guī)?；掷m(xù)地流動(dòng)，形成光伏電站。我國內(nèi)最大的光伏電站規(guī)劃裝機(jī)容量已經(jīng)超過了1GW。

光伏發(fā)電主要包括純晶硅發(fā)電和薄膜發(fā)電兩種技術(shù)，純晶硅發(fā)電是由高純晶硅切成非常薄的薄片，通過刻蝕成電路后再經(jīng)過相互連接組成電池組件，這些組件再進(jìn)一步排列形成更大的光伏陣列，以產(chǎn)生較大的電量。

純晶硅發(fā)電又分為單晶硅和多晶硅兩種，單晶硅發(fā)電效率高，對溫度的耐受高，弱光性略好于多晶硅，但制造成本高；多晶硅發(fā)電效率低，對溫度耐受低，但勝在成本低。目前規(guī)?；a(chǎn)的單晶硅電池太陽能轉(zhuǎn)化率已達(dá)到23%，多晶硅19.4%，隨著單晶硅生產(chǎn)成本的下降，多晶硅正逐漸被市場淘汰。因?yàn)楦呒兙Ч璺浅１《嗳?，所以必須安裝在堅(jiān)硬的框架上。

目前為止還有很多人仍然認(rèn)為光伏材料的生產(chǎn)是高污染高排放行業(yè)，光伏發(fā)電是“偽新能源”。誠然，在十多年前，因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)不成熟，光伏系統(tǒng)特別是上游多晶硅生產(chǎn)過程中消耗了大量能源，能量回收期長達(dá)十年，還會(huì)排放四氯化硅等高污染廢水。

而如今的多晶硅生產(chǎn)早已實(shí)現(xiàn)零廢棄物排放，所有資源實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用；能耗也下降到不到以前的十分之一。以一個(gè)350W光伏組件為例，其全生命周期生產(chǎn)過程中大約耗電150kwh，而該組件投用后不到4個(gè)月就能回收所消耗的電能，剩下的25-30年都是凈輸出的電能，可以說是名副其實(shí)的清潔能源。

薄膜發(fā)電的材料則屬于一種柔性材料，它不存在剛性的晶體結(jié)構(gòu)，所以可以將半導(dǎo)體材料的微小晶粒沉積在任何基材上。薄膜光伏電池可以根據(jù)需要制造得有柔韌度。未來，噴涂光伏薄膜甚至可以應(yīng)用到布料上，讓我們的衣服在陽光下產(chǎn)生電能。相對于晶硅發(fā)電，薄膜發(fā)電技術(shù)的轉(zhuǎn)化率普遍較低，而且成本偏高，但優(yōu)勢是可以制造成任何的形狀，未來有望在光伏建筑一體化（BIPV）上廣泛應(yīng)用。

薄膜發(fā)電技術(shù)的發(fā)電材料比較廣泛，目前主要的薄膜太陽能電池材料研究方向包括非晶硅、碲化鎘、銅銦硒，銅銦鎵硒、砷化鎵、和銅鋅錫硫和鈣鈦礦等，其中碲化鎘和銅銦鎵硒是目前薄膜電池最為流行的材料，鈣鈦礦仍處于實(shí)驗(yàn)室階段、還有許多難題需要攻克，但因?yàn)槠涑杀痉浅５颓覠o毒性，所以一旦實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，將戰(zhàn)勝其它所有對手，成為主流薄膜發(fā)電技術(shù)。

除了太陽能光伏發(fā)電以外，另一個(gè)以太陽能為能源的發(fā)電技術(shù)也需要介紹一下，那就是太陽能光熱發(fā)電。


太陽能光熱發(fā)電，是將比較集中的太陽光能通過傳遞介質(zhì)轉(zhuǎn)化為熱能，然后再轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。太陽能光熱發(fā)電通過大量的光學(xué)發(fā)射裝置將陽光聚焦在一個(gè)接收器上，將接收器內(nèi)的導(dǎo)熱介質(zhì)溫度加熱到350℃—1000℃，然后這些導(dǎo)熱介質(zhì)通過熱交換產(chǎn)生蒸汽，蒸汽再推動(dòng)汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電。我們可以看出太陽能光熱發(fā)電的原理跟傳統(tǒng)的火力發(fā)電相同，只是制造蒸汽的熱量來自太陽能而已。

目前太陽能光熱發(fā)電整體效率在20%~34%之間，略高于光伏發(fā)電，但因?yàn)橐?jīng)過一系列的能源轉(zhuǎn)化過程，其建造成本和運(yùn)行成本都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光伏發(fā)電。目前光熱發(fā)電的成本高于1元/kwh，隨著技術(shù)的成熟及產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化，預(yù)計(jì)到2030年可以下降到0.4元/kwh。

因?yàn)楣鉄岚l(fā)電中的導(dǎo)熱介質(zhì)自帶儲(chǔ)能功能，可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷發(fā)電，而且啟停響應(yīng)速度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的火電，所以是最好的調(diào)峰電源。在考慮到儲(chǔ)能和碳價(jià)成本的情況下，太陽能光熱發(fā)電或許將成為基荷和調(diào)峰電站的主力。

有陽光的地方，就有清潔能源。從某種意義上說，人類所用的所有能源包括化石能源在內(nèi)，都來自太陽。地球上任何一個(gè)地方都有陽光照耀，也就等同于任何一個(gè)地方都可以獲得清潔的能源。

現(xiàn)在，為了讓氣候變暖不至于對人類造成毀滅性傷害，人類已經(jīng)吹響了碳中和的號(hào)角，化石能源將在未來30-40年退出歷史舞臺(tái)。在新一代的太陽能技術(shù)下，太陽能成為人類主要能源已不再是神話。在碳中和目標(biāo)的推動(dòng)下，相信在不久的將來，以太陽能為主體的清潔能源完全替代化石能源終將從神話照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。 

原標(biāo)題：太陽能，能源神話照進(jìn)現(xiàn)實(shí)