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儘管近年來用於將太陽能轉化為電力的太陽能電池技術穩步改進,但高成本和低效率使其無法成為化石燃料的可靠替代品。一些高科技巨頭——IBM、英特爾和惠普 (HP)——希望利用大規模生產和商品化的相同模式來改變這種狀況,正是這種模式幫助他們在過去三十年中使個人電腦成為主流。
IBM 上週宣佈計劃生產覆蓋一層化學化合物薄膜的太陽能電池板。 其想法是,當薄膜應用於玻璃或磚塊等不同表面時,可以比傳統的矽晶圓太陽能電池(由與製造計算機晶片類似的材料製成)更有效地產生太陽能。(沒錯——一家建立在矽晶片基礎上的公司正試圖讓世界擺脫在太陽能電池中使用矽。)
同樣在上週,英特爾剝離了一家名為 SpectraWatt 的新太陽能技術公司,該公司成立之初就獲得了來自英特爾、Cogentrix Energy LLC、PCG Clean Energy and Technology Fund 和 Solon AG 的 5000 萬美元投資。
與此同時,惠普在本月初開始向位於加利福尼亞州利弗莫爾的 Xtreme Energetics, Inc. 授權技術,旨在幫助這家初創公司交付屋頂太陽能系統,該系統產生的能量是傳統太陽能電池板的兩倍,而成本只有一半。
根據六月份麥肯錫公司的一份報告,推動的時機是正確的:儘管在過去 20 年中,製造和安裝光伏太陽能發電系統的成本有所下降,但傳統能源發電的成本一直在上升,天然氣價格也隨之攀升。
麥肯錫的研究指出,隨著太陽能電池市場競爭加劇,競爭對手必須透過改進製造工藝、投資研發以及將生產轉移到低成本國家來不斷降低成本。 IBM、英特爾和惠普憑藉其數十年來為 PC、計算機處理器和其他技術裝置微調製造工藝的經驗,更不用說其數百萬美元的研發預算以及在中國和印度等地的全球設施,完全有能力跨越這些障礙。
這有助於這些公司在降低成本的同時提高產品的效能。 美國能源部國家可再生能源實驗室 (NREL) 光伏國家中心主任拉里·卡茲梅爾斯基 (Larry Kazmerski) 說:“我們需要像 IBM 這樣的公司來製造這項技術,以便將這些東西推向市場。”
典型的太陽能電池的效率為 15%——根據 NREL 的資料,大約六分之一的照射到電池上的陽光會產生電力。 矽晶圓太陽能電池佔已安裝太陽能容量的 90%,效率更高,可以將高達 20% 的太陽能轉化為電能,而薄膜電池通常只能轉化約 10%。預計這種差距將在未來幾年內縮小,使薄膜電池成為更好的選擇,其成本僅為矽晶圓電池的一半。
如今最便宜的太陽能電池是使用碲化鎘薄膜製成的。 典型的碲化鎘電池以 10% 的效率將太陽能轉化為電能,成本約為每瓦 4 美元——儘管NREL 聲稱已開發出效率為 16.5% 的原型。 IBM 的 CIGS 技術(銅、銦、鎵和硒)是一種薄膜方法,最初能夠將其接收到的太陽能至少 15% 轉化為電能,IBM 位於紐約州約克鎮高地的 T. J. Watson 研究中心高階經理 Supratik Guha 說。 相比之下,NREL 版本的 CIGS 薄膜太陽能電池的效率為 19.9%。
由晶體矽製成的光伏太陽能電池板可以產生每瓦 2.25 美元至 3 美元的能源。 Guha 說,玻璃面板上的 CIGS 可以將成本降至每瓦 1.50 美元,但他也承認,太陽能要與化石燃料發電競爭,必須將成本降至每瓦 1 美元以下。
IBM 希望降低成本的一種方法是透過一種工藝來製造電池,該工藝將半導體材料溶解在溶劑中,形成一種溶液,該溶液被放置在玻璃或金屬片上並加熱,直到材料粘附。 到目前為止,薄膜太陽能電池都是在真空室中製造的——半導體材料被放置在玻璃或金屬上,然後將空氣從腔室中抽出,產生壓力使材料熔合。 但是,這種真空室的建造費用昂貴且操作複雜(在製造薄膜的過程中需要監測壓力、溫度、電流、電壓、時間和其他因素)。 Guha 對新工藝持謹慎樂觀態度,“從概念上講,這很簡單,”他說。“但這仍然是一個很大程度上未經證實的工藝。”
IBM 將與東京應化工業株式會社 (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) 合作開發電池,該公司是計算機晶片、LCD 電視和其他需要化學處理表面的裝置的製造商;他希望在 2011 年之前將它們推向市場。
英特爾的 SpectraWatt 將在今年年底前開始在俄勒岡州建造一家制造工廠,並計劃在 2009 年年中開始向太陽能電池板製造商運送由晶體矽製成的薄膜太陽能電池。 SpectraWatt 執行長安德魯·威爾遜 (Andrew Wilson) 說:“所有不同的太陽能技術都在朝著同一個目標努力,即找到一種將太陽能商品化的技術。客戶關心的是每千瓦時的成本。”
威爾遜說,英特爾正在研究太陽能系統電池本身以外的元件,他對 SpectraWatt 技術的具體細節守口如瓶。 他指出,太陽能電池僅佔製造能量收集和轉換系統所需技術的約 25%。 他補充說:“英特爾正在尋求降低整個系統的成本,而不僅僅是太陽能電池。”
自 2002 年以來,惠普和俄勒岡州立大學的研究人員一直在透過將半導體氧化鋅錫烘烤到玻璃或塑膠中來開發透視電晶體。 惠普最初設想將這項技術作為在汽車或火車車窗中建立計算機顯示器的一種方式,但 Xtreme Energetics 希望到 2010 年開始將這種電路整合到其太陽能電池板中,以提高其收集陽光的能力——這是薄膜模型的另一種應用。
由於太陽能電池板將是透明的,Xtreme 也希望建築師和建築商願意將這些不顯眼的太陽能電池板融入到他們的設計中。 Xtreme 執行長科林·威廉姆斯 (Colin Williams) 說:“如今,大多數太陽能電池農場都位於沙漠中。 這些沙漠公用事業公司的問題在於,它們離客戶很遠,因此他們必須運輸電力,這會導致能源損失。 我們想提供一些公司可以安裝在其資料中心屋頂上的東西。”
現在判斷 IBM、英特爾和惠普能否像他們在計算機領域所做的那樣成功地為太陽能創造大眾市場還為時過早。 布魯克海文國家實驗室國家光伏環境研究中心高階科學家、哥倫比亞大學環境工程教授瓦西里斯·弗特納基斯 (Vasilis Fthenakis) 說:“薄膜將能夠降低電力成本,從而更好地與現有公用事業價格競爭。 但我們確實需要詳細瞭解這些公司提出的方案,以及它是否真的會不同於過去幾年已經開發的太陽能技術。”
這些公司正在資助自己的研究,沒有政府補貼或稅收激勵,這些補貼或激勵措施可能會在技術準備好上市後出現。 弗特納基斯說:“最大的問題是,誰能在沒有補貼的市場中降低價格。”