徐令予博客
考槃在澗，碩人之寬。獨寐寤言，永矢弗諼。考槃在阿，碩人之薖。獨寐寤歌，永矢弗過。考槃在陸，碩人之軸。獨寐寤宿，永矢弗告。
我們的隊伍向太陽—光伏技術的回顧和展望
我幾天前撰寫了“光伏產業的旗手是中國人”一文，文章指出：光伏產業終於崛起，中國將是領跑和受益者。中國的光伏產業大軍就是向著太陽獲取正能量的隊伍，這是一支值得所有人尊重的隊伍。為了進一步了解中國光伏產業的過去、現在和未來，本文的第一部份將引用美國能源領域專家學者的一些分析和評價，我覺得從可敬的對手的眼光中看自己可能更為透徹和深刻。
中國光伏技術的崛起開始於20世紀90年代的後期，當時德國政府利用稅收優惠大力推廣屋頂太陽能電池板計劃，德國提供資金、技術和專家吸引中國製造太陽能電池板以滿足德國國內的強勁需求。中國政府因勢利導緊緊地抓住了這個難得的好機遇。
當時中國的光伏產業還在萌芽狀態，主要為遠離電網的貧困農村地區提供生活用電。製造出口德國的太陽能電池板賺取外匯啟動了中國光伏產業的現代化，當西班牙和意大利等國也加入太陽能激勵計劃後，中國光伏產業開始策馬狂奔。中國在全球招兵買馬，引進國外光伏技術專家，購買大型生產設備和多晶矽材料，以滿足大量來自國外的太陽能電池板訂單。
中國政府在這場產業革命中成為了主要推手。發展可再生能源列入中國五年計劃中特別關注的七大項目之一，享受貸款和稅收優惠。中央政府籌集高達470億美元將光伏產業打造成所謂的“戰略產業”。
其結果是：中國建立起了世界上最大的光伏產業；成為了世界光伏市場上價格領導者；生產出最便宜的太陽能電池板；並成為全世界太陽能電池板的最大供應商，中國每生產兩塊太陽能電池板，其中必有一塊是為海外客戶提供的。
隻用了十多年時間，中國強大的生產能力造成了全球光伏產品的過剩，這時歐美經濟又正好進入衰退期，中國光伏產業迎來了寒冬。麵對嚴峻的形勢，據喬治華盛頓大學的專家Ronen說，中國決定再次追隨德國模式，製定自己的“上網電價”，推動國內自已的屋頂太陽能發電計劃。結果是國內對太陽能的需求激增，以至於不到兩年，2015年中國國內光伏市場就超越德國成為世界第一。
2016年中國試圖通過設定財政補貼的最後期限，為了趕上末班車，國內光伏電站建設掀起了另一波高潮。2016的上半年中國新增光伏發電容量達20千兆瓦（三峽水電站總裝機容量為22.5千兆瓦）。整個美國的光伏容量僅為31千兆瓦。中國光伏產業的華麗的轉身使世人驚歎。
美國可再生能源實驗室的戰略能源分析中心主任David Mooney說：“人們傾向於認為中國已經奪走了光伏能源市場份額，如果這種能力留在美國本來會更好。”
“從我的角度來看，硬幣也有它的另一麵，”他說，美國在太陽能電池板集成、安裝和維護等領域產生了25萬個工作崗位。如果沒有中國的推動大大降低了太陽能電池組件價格，這其中許多工作機會是不會產生的。“而這些工作是不能外包的”他說。美國還是不缺明白人。
中國促進太陽能市場全球增長的計劃仍在緊鑼密鼓地進行中。 2016年10月，中國國家電網的前董事長劉振亞來到聯合國，向全世界展示了中國進一步發展太陽能事業的宏偉藍圖，這個計劃的主旨是建設全球性電網。
他在演講中呼籲聯合國支持一個新成立的稱作為全球能源互聯發展與合作組織（GEIDCO），中國政府已經命名劉先生為其主席，這個組織的宗旨是促進建立“全球能源互聯網”。他指出這個全球性電網到2050年可以傳輸80％的可再生能源，將太陽能，風能和水力發電的電力從地球上充足的地方傳輸到缺乏能源的人口中心地帶。
“全球能源互聯網”將分三個階段形成。首先，劉解釋說，每個國家將重新設計和升級自己的電力網。他指出，中國的努力已經開始，產生了140千兆瓦的風力和70千兆瓦的太陽能電力，它將超過世界任何國家。通過建設長距離、高壓直流電源網絡，將可再生能源從北向南、從東向西傳送。據他預測，中國可以在2025年之前完成新電網。
他說，第二階段是建立區域電網。全球分為三塊區域：東北亞和東南亞、非洲和歐亞大陸以及北美和南美國家，在區域的內部跨越國境傳輸更多的電力。第三階段將建造連接區域電網的主幹電力線和海底電纜。這種結果將產生他所謂的“雙贏局麵”。
當全球能源互聯網完成後，“世界將變成一個和平與和諧的地球村，我們將有足夠的能源、綠色的土地和藍天，”他預言。中國GEIDCO提案可能會產生多少和諧，仍有待觀察，但聯合國新聞稿指出，70個組織的代表參加了會議，包括政府組織，企業和大學。美國代表團包括來自美國能源部的阿貢國家實驗室和斯坦福大學的專家學者。
下麵回答兩個有關光伏技術的問題
1）前幾年有中國工程院一位院士說，太陽能電池在製造過程中所消耗的電能超過它life-cycle所產生的電能，所以它不是可持續發展的能源。對此你有何看法？
這個問題可以用數據來回答的。太陽能電池有一個重要的技術指標，稱謂光伏能量回收期EPT（Energy Payback Time），EPT是光伏行業非常重要的一個能耗技術指標。俗話說化錢才能賺錢，同樣節能也需先耗能。EPT這個數據定量地給出了光伏電池啟用後，究竟需要多少年才可以把它產生的幹淨能量抵消製造過程中消耗的能量。把光伏電池平均使用壽命減去EPT，就是它可以有多長時間產生清潔電能（即作出純貢獻的年份），當然EPT數值越小越好。
數據顯示，目前光伏發電能源回收期大概在2-5年。回顧上世紀的數據，80年代光伏發電的EPT長達5-10年之久，90年代光伏能量回收期縮短為3至8年左右了。隨著光伏產業的技術進步，光伏能量回收期還在進一步縮短，未來光伏能源回收期可降至1-2年以內。由此可知，光伏電池有25以上的時間“全芯全意”、“無怨無灰”地為人們貢獻清潔能源。
2）光伏產業是否為高汙染產業？
在整個光伏產業鏈中，除了矽材料生產環節，其他的中下遊環節基本不存在汙染。目前，全球80%以上的多晶矽都是用“改良西門子法”生產的，中國的多晶矽產業基本也是如此。
改良西門子法的原理是：以氯化氫和冶金級工業矽為原料，製取三氯氫矽，再利用三氯氫矽進行氫還原，生產出多晶矽。在多晶矽的生產過程中的前期反應中，會產生大量四氯化矽（SiCl4）、二氯二氫矽等副產物，而第二階段合成工序也會再產生10%～15%的四氯化矽，有害副產物比例最大的就是四氯化矽。
現在國際上領先的矽料廠家對有害物質處理方式是：四氯化矽一部分加氫形成TCS繼續循環反應，一部分被用作有機矽等其他產品的生產。不過從目前來看，通過氫化進入循環反應的副產物隻有小部分，大部分還是要進行再處理，處理方式要麽進行堿液中和，要麽直接銷售或者自行生產其他產品，而最具可行性和經濟性的方式就是利用四氯化矽生產其他產品。
縱觀世界科技發展史，工業革命的二重性從來就無法完全避開，光伏產業的發展當然也不例外。這既是一個環境問題，也是一個發展問題，但歸根到底是個發展的問題。技術是否領先，是控製副產品汙染的一個關鍵因素，因噎廢食總不是一個好的解決方式。我常說：在人際交往中“朝後退一步海闊天空”，但在科技領域中隻有向前進一步方能絕處逢生。
光伏發電和儲能技術的一些新進展
光伏技術的一個致命缺陷是受製於日夜交替和天氣變化，在看天吃飯這一點上，它甚至比農業生產還不如。光伏電能的各項參數從電力網標準看很不理想，有時候也不能一味的責怪電網拒收。目前來看，光伏電站和電網應該互相理解通力合作。首要的是加速發展儲能技術，抽水蓄能可能是最有效的方案，磁懸浮動力輪和其它一些方法也應加以重視。電網則應加速電力產業全流程的智能化、信息化、分級化和互動管理，提高和完善清潔能源的接納能力。同時加速建設東西走向的直流超高壓輸電線路，使西部的光伏電能可以大容量、低損耗地輸送到國家中部和東部的缺電地區。上述幾項工作實際上正是中國能源專家提出的“互動電網”的重要組成部分，我對此是相當樂觀的。
除了智能電網方案以外，另一項技術有可能對大陽能利用產生革命性影響。美國人工光合作用聯合研究中心 JCAP（Joint Center for Artificial Photosynthesis）的化學家Nathan Lewis指出：可以利用太陽光把二氧化碳和水直接變為碳氫化合物液態燃料（如甲醇），這將整個改變能源業界的遊戲規則。
人工光合作用產油（又稱陽光變油）的好處是多方麵的，在能量的產生、運輸和消費過程中二氧化碳是循環使用的，不會增加大氣中的碳排放。目前使用的大量的交通工具和用油沒備都不需改動，可以直接使用來自太陽能的人造燃油。事實上人類這幾百年用的油氣也都來自太陽能，它們是上千萬年裏通過植物的光合作用產生的。
把太陽能變成碳氫燃料中的化學能的最大好處是利於儲存運輸。必須知道：最好的一公斤重的電池大約可以儲存200瓦時，而一立升燃油的能量是140,000瓦時。沒有任何東西的化學儲能密度可以與燃油相比，這也是為什麽你看不到純電動的長途卡車和電動長途民航客機的原因。
如果真的可以高效便宜地用陽光直接製成燃油，那麽這星球上最豐富的能源與最佳的儲存方式就聯係在了一起，人類在可預見的將來就有了取之不盡、用之不竭的可再生能源。畢竟，太陽投射到地球上一小時的能量可滿足目前人類文明一年的能量需求。人工光合作用產油技術目前還隻停留在實驗室裏，樂觀的估計大約需要十年的努力才能進入工程試驗階段，但也許它隻能終老在實驗室裏，目前下定論可能為時過早。
非常期待中國的科技人員能在光電轉換和儲能技術上有更大的技術突破。中國人在水稻種植技術上長期領先世界，從物理學角度來看，水稻生產就是一種高效捕獲太陽能的技術，而且曬幹後儲藏的稻穀就是曆史上最好的一種儲能技術。輝煌的中華文明是建立在水稻種植技術上的，中國人利用植物光合作用捕獲大陽能並妥善地儲存太陽能的技術到達了這個星球上的頂峯。最近的幾十年裏，中國的水稻專家袁隆平先生把水稻種植技術又推到了一個新的高度，世上無人能於之爭鋒。
光伏技術其實就是人工光合作用，但願在這個領域也能出一個袁隆平式的英雄人物，在光伏發電和儲能技術作出突破性成果，讓中國人在轉換、儲存和應用太陽能方麵再次取得世界領先地位。物理學告訴我們，能量決定一切，一個文明的高度很大程度上取決於它獲得和掌控能源的技術水平。中國已經在光伏攻堅戰的第一階段中取得了決定性勝利，衷心希望中國能在光伏的儲能和聯網的技術上取得革命性的突破。
向前 向前 向前! 我們的隊伍向太陽, 腳踏著祖國的大地, 背負著民族的希望, 我們是一支不可戰勝的力量。 ...
