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馬薩諸塞州萊剋星頓——在好奇的參觀者視線之外，一家名為 1366 Technologies 的公司的實驗室工作人員正在熔爐中熔化純化的矽，直到它達到熾熱的熔岩的稠度。然後他們撇去矽片，這是光伏太陽能元件的平臺。
1366 執行長弗蘭克·範·米爾洛說，這聽起來可能很簡單，但在中國、德國或其他任何地方都沒有這樣做。範·米爾洛是這家初創公司背後的麻省理工學院校友和技術企業家之一。
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他說，如果 1366 的工藝能夠在工廠規模上發揮作用，將大大有助於使太陽能在本十年內像煤電一樣便宜。
或者它可能行不通，正如範·米爾洛承認的那樣，儘管到目前為止所有結果都進展順利。“這真的很難。這不是零風險的冒險。我們仍然有很陡峭的山要攀登，”他說。
該公司的專案是能源部尋找改變遊戲規則的技術以減少發電廠和機動車輛的碳排放的案例研究。
能源部高階研究計劃署（ARPA-E）於 2009 年 11 月向 1366 提供了 400 萬美元的撥款，這是 ARPA-E 最初獎勵中唯一一家太陽能公司的撥款。這筆撥款提出了一個根本性的問題：政府機構能夠在多大程度上、以多快的速度推動商業創新？
能源部長史蒂文·朱在 11 月的一個下午順道拜訪了 1366，戴上面罩以防止熾熱的矽爐的傷害。他稱讚該公司的領導者是“美國人的創新才華”的典範，他們不僅可以在先進能源技術領域競爭領導地位，“而且可以令人信服地獲勝”，他說。
能源部設定了一個雄心勃勃（如果不是大膽的話）的目標，即將住宅和商業光伏太陽能模組的安裝價格降至每瓦 1 美元，而公用事業規模的專案約為 3.50 美元，商業和住宅安裝的則超過 5 美元。
“如果一切照常，到 2016 年，價格將達到每瓦 2.20 美元，因此我們需要進行重大改變才能達到每瓦 1 美元，”阿倫·馬朱達說。朱從加州大學伯克利分校和勞倫斯伯克利國家實驗室招募了他來管理 ARPA-E。他說，達到每瓦 1 美元將使美國成為全球領導者。
能源部的研究撥款旨在尋求科學突破，而貸款擔保則支援使用當今技術擴大太陽能裝置製造。此外，還有聯邦補貼和稅收抵免以及州太陽能目標。能源部在 2010 財年用於太陽能研究的研發支出超過 4 億美元。
國會批准了貸款擔保和激勵措施，並通過了《美國復甦和再投資法案》，該法案為額外的太陽能研究提供了 1.17 億美元。奧巴馬政府的舉措目標更高，不僅尋求開發新的能源技術，還要實現它們的商業成功，為未來創造就業機會和美國在清潔能源技術領域的領導地位，據總統稱。
但政府的目標已成為分裂國會民主黨人和共和黨人的另一個問題。能源部的科學和能源計劃於 12 月 21 日由即將離任的眾議院資助，其中 212 名民主黨人和 16 名共和黨人投了贊成票，而 130 名共和黨人投了反對票。
“一切皆有可能”的價格
據能源部稱，如果太陽能裝置可以以每瓦 1 美元的價格安裝，太陽能成本將降至每千瓦時 5 至 6 美分，不到目前該國大部分地區平均零售價格的一半。
該計算忽略了主要成本，例如擴充套件和加強電網以處理來自數百萬太陽能裝置的更復雜的電力流，以及在儲能技術方面取得突破，以延長太陽能的影響，使其超出白天時間，並應對雲層到來時輸出的突然下降。
但每瓦 1 美元的目標將使太陽能能夠在沒有補貼的情況下與包括燃煤鍋爐在內的任何來源的新發電競爭。
“每瓦 1 美元……這將收回成本，”朱去年告訴他的科學顧問。“一切皆有可能。”
能源部和行業專家一致認為，要達到該目標，需要在三個不同的方面取得突破。太陽能模組的成本必須從每瓦約 75 美元削減到該金額的三分之一或更少。管理太陽能模組輸出的電子裝置的成本以及在家庭、企業和公用事業部門安裝太陽能裝置的成本也需要類似的降低。
範·米爾洛說，1366 的目標是將矽光伏太陽能模組的成本降至每瓦 25 美分，超過每瓦 1 美元目標中的這一部分。
新工藝的誕生
ARPA-E 的資金使 1366 能夠建造一個原型工廠機器，以直接從熔融矽生產超薄矽片。範·米爾洛不願詳細說明它是如何完成的。該工藝受多項專利保護，“有些事情我們只是保密，”他說。他將這項任務比作在冬天從池塘里拉出新形成的薄冰片。
今天，熔融矽被鑄造成錠，然後從錠上切割出晶片，但在鋸切操作中浪費了一半的錠。
1366 工藝由麻省理工學院教授和公司聯合創始人伊曼紐爾·薩克斯發明，將把四個成本高昂的生產步驟壓縮為一個，並消除從錠上鋸切晶片的需要。“我們已經證明我們可以直接從熔體中製造晶片，這應該可以讓我們降至每瓦不到 25 美分。使用傳統的鋸切技術，你根本無法做到這一點，”範·米爾洛說。
“現在，[從純化矽中獲得的]良品率遠高於 90%，而不是在鋸切操作中損失一半以上的矽，”範·米爾洛說。“那裡有很大的、很大的節省。”
範·米爾洛說，1366 的“直接晶片”原型看起來很像工廠機器。“缺少的是自動化。我們還沒有吞吐量。但機器的尺寸、它的構建方式、介面以及所有這些都已為工廠做好準備。”
1366 董事會成員鮑勃·梅特卡夫說：“未來還有重大的技術挑戰。”他是這家公司最初的支持者之一 Polaris Venture Partners 的成員。“這不是諾貝爾獎，而是一項技術挑戰。這將需要時間和金錢。”
上個月，領先的太陽能電池板製造商 Evergreen Solar Inc. 宣佈將於 3 月底關閉其在波士頓郊外的製造工廠，這將造成 800 個工作崗位的損失，這給人們對美國強大的太陽能產業的希望造成了沉重打擊。它將搬遷至中國中部城市武漢，以利用低廉的勞動力成本和政府對太陽能擴張的強大支援。
Evergreen 獨特的晶片製造技術由薩克斯發明。它於 2008 年在馬薩諸塞州州政府專案的財政支援下開業。但由於美國補貼的不確定性和價格下跌，該國的太陽能電池板製造似乎不再可行。
每瓦 1 美元的目標也有人懷疑。
GTM Research 的高階分析師 Shyam Mehta 說：“太陽能模組的成本離每瓦 1 美元還很遠。”“即使到 2017 年，我也會對未來五年內看到這種情況發生感到非常驚訝。最終，這種情況必須發生。我們必須達到這些成本左右。”
Black & Veatch Corp. 的可再生能源顧問 Ric O'Connell 問道：“這是一個口號還是一個真正的目標？我認為答案是，介於兩者之間。這有點像到 2020 年可再生能源佔 20%。每瓦 1 美元聽起來很棒。從某種意義上說，有一個目標是好事，所以它不僅僅是一個口號。但這還為時過早。他們剛剛啟動了該計劃。還有很多工作要做。”
降低模組成本是第一步。第二個挑戰也很大，需要降低將光伏太陽能的直流電轉換為電網使用的交流電的電子裝置的成本並提高其效能。
實現“即插即用”
ARPA-E 建立了一個名為 ADEPT（敏捷電力技術交付）的計劃，旨在縮小進行 DC-AC 轉換的逆變器的尺寸和成本，就像計算機中的積體電路一樣將其微型化。馬朱達在去年的一次採訪中說：“有一些關於如何降低成本、提高效能並真正獲得技術領先於世界其他地區的有趣專案。”
一個有希望的想法是以高頻率進行轉換，從而實現元件的微型化和整合，並有望像計算機晶片一樣實現成本的指數級下降，馬朱達說。
最後，還有圍繞模組安裝的後端或“系統平衡”成本。
落基山研究所去年的一份 報告 得出結論，後端成本目前平均為每瓦 1.60 至 1.85 美元，可以降低至地面安裝裝置的 60 美分和屋頂安裝裝置的 90 美分。
該報告總結說，降低成本將提供“將光伏發電引入傳統電力價格範圍的途徑”。
但這步需要自身的革命，從安裝工作的自動化和無需電工即可連線的“即插即用”設計開始。數千個不同的當地建築規範給需要解決的成本帶來了另一個障礙。這些系統後端成本與模組成本大致相同，而且它們不像模組成本那樣快速下降，馬朱達說。
在朱的領導下，能源部最大的努力是審查和選擇要用 2009 年刺激資金資助的太陽能專案，包括 ARPA-E 撥款。超過 3,600 名申請人申請了最初的 ARPA-E 資金。只有 37 家公司成功了，包括 1366 公司。
在 2010 年底，能源部的各種太陽能計劃尚未被連線成對每瓦 1 美元目標的緊密協調的攻擊，馬朱達在一次採訪中說。“這些是不同的計劃，”他說。ARPA-E 直到 2009 年刺激法案通過後才獲得資金。ADEPT 計劃也是新的。“能源部還有其他部門，所以我們一直在集思廣益，提出一個協調良好的倡議。”
“將 860 億美元扔到牆上”？
能源部的方法引起了一些共和黨人的強烈反對。在去年春季的眾議院辯論中，眾議員詹姆斯·森森布倫納（共和黨，威斯康星州）稱能源部的研發計劃是試圖“將另外 860 億美元扔到牆上，看看有什麼能粘住”。
他斷言，政府已經將重點從基礎研究轉移到增加“後期技術開發和商業化努力的支出……我不認為政府應該參與挑選贏家和輸家的業務；然而，這正是這項立法條款試圖做的。”
眾議員達納·羅拉巴徹（加州共和黨）在辯論中說：“我們需要一個更廣泛的戰略，優先考慮支出，減少債務，消除赤字，並提供清晰、穩定和適當的監管環境。”“這項立法沒有做出任何選擇。它只是授權越來越多的支出。”
範米爾洛反駁說，不僅僅是納稅人為這項測試買單。
兩家投資基金，北橋風險投資公司和北極星風險投資公司，為薩克斯和範米爾洛提供了1200萬美元的啟動資金。接下來是400萬美元的ARPA-E撥款。反過來，這幫助他們去年從外部支持者那裡吸引了3300萬美元，包括一家韓國化工製造商和一家歐洲清潔能源投資者。範米爾洛說，能源部的支援幫助這些出資人驗證了該專案的可行性。
薩克斯和範米爾洛在2007年花了一年的時間探索潛在的技術企業，最終成立了1366公司，該公司以太陽在地球表面每平方米提供的平均瓦數命名。他們最關心的是太陽能發電的潛力，即在不產生化石燃料排放溫室氣體的情況下發電。“從一開始，公司的目標就是‘以煤炭成本實現太陽能發電’。這一直是我們的標語。”
建設增值出口
但是，當範米爾洛列出該企業可能帶來的回報時，他並沒有從氣候角度出發。而是從經濟角度。
範米爾洛說，美國仍然是用於太陽能電池和半導體的提純多晶矽的最重要生產國，主要由密歇根州和華盛頓州的製造商領導。GTM Research的一項研究顯示，2009年，價值11億美元的矽產品出口到外國太陽能元件製造商。
如果1366工藝可行，美國生產的提純矽可以轉化為晶圓，然後出口。範米爾洛說，這將使出口價值每年增加到70億美元，並可能創造5萬個就業崗位。
“這本質上證明了為這樣一個專案花費公共資金是合理的。如果你把這個設施的研究人員數量加起來，再看看花的錢，你會發現它們不相符。如果你認為你可以建立一個具有競爭力的美國產業，並將出口價值增加三倍，那就變得很有意思了。”
“一旦你轉向電動汽車，電力需求就會如此之大，以至於你正在為新的電力來源上線創造巨大的機會，而這將是太陽能勝出的那一天。”
在太陽能產業的歷史上，能源政策的斷斷續續是美國公司在面對中國和德國時面臨的巨大競爭負擔。“我認為它會在未來二十年左右的時間裡逐漸實現。不會是今天或明天，”範米爾洛解釋說。“會有進步，也會有退步。這是我們民主制度的本質。但我也不想否定我們制度的智慧。最終，美國將再次在它開創的行業中發揮領導作用，我們將實現這一目標。”
“我們需要一點運氣，”他說。“但這裡肯定取得了巨大的進步，所以我感到樂觀。處在我的位置上，你必須這樣。”
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