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提高太阳能转化率的革命性方案:聚光光伏太阳能

南都周刊5月6道 Alternative Energy Clock是个触目惊心的计数器。飞快翻动的数字记录着全球石油消耗量和二氧化碳的实时排放量——自从15分钟前登录那个页到写下啤酒箱这段文字时，碳排放就增加了近40万吨——需要300多万棵生长30年的冷杉才能抵消。

低碳不能只是口号和预算，因地制宜四个字决定着每个国家开发某项新能源技术的优先权。正如日照充足的西班牙、美国和澳大利亚，正加速推进太阳能技术的应用。

作为天然资源，无污染的太阳能和风能、地热、潮汐等可再生资源一样早就被科学家深入研究了，这项技术的原理不复杂，但其瓶颈——能量的转化效率一直都是各国科学家关注的焦点。

硅这种价格不菲的半导体决定了效率。目前所广泛使用的硅基太阳能电池其光电转换效率理论最大值仅30%。以单晶硅为例，它在实验室里的最高光电转换率达到了24.7%润滑轴承，但在量产后的实际应用中却降到了15%左右。

这是因为到达地面的太阳光谱里，波长覆盖纳米。传统硅基太阳能电池只能吸收波长小于1100纳米的太阳光，剩下的就被反射了，造成很大浪费。

目前，学界有很多革命性的解决方案，可以大幅提高转换率——取决于用什么材料吸收太阳光。综合成本和技术成熟度，聚光光伏太阳能（以下简称CPV）正成为当红炸子鸡。

CPV的核心是多接面太阳能电池（multijunction solar cell），将高、中或低能隙的太阳电池由太阳光地板打蜡入射方向依序串联式堆叠成三接面太阳能电池，以吸收短、中、现在很多生产企业对装备的质量要求特别高长波长的太阳光。从英国IQE公司提供的电池模型，我们可以看到，多接面电池的上部单元为InGaP（磷化铟镓）、中间单元为InGaAs（铟镓砷）、底部单元为Ge（锗），从而将效率提高到40%。

这种高效的多接面太阳能电池，需要透镜或镜面将接收到的太阳能放大成百上千倍，然后将放大的能量聚焦于其上。

以美国公司SolFocus为例，其CPV发电模型的基本单位是一个由两面镜子组成的系统。系统内，阳光通过感光杆被引至面积仅为1在我们的环境中平方厘米的光电池。一块太阳能面板由许多这样的单位组成，而太阳能面板置于跟踪装置上，可以随着太阳位置的变化东升西落。

CPV值得称道的地方除了所使用的光电材料比传统光电技术要少，更重要的是，和传统聚热太阳能技术相比，用于冷却的水量更是大大降低。

大多数生产能源的方式都会用到水。在集热式太阳能发电厂，（反射太阳光）的镜子让液体加热，产生蒸汽，推动发电机的涡轮发电。和火力发电厂一样，这样的蒸汽必须冷凝成水，重复使用。

传统太阳能技术每生产1000度电耗水量高达3217升，而CPV技术每生产1000度电仅耗水15升，优势明显。

今年4月，美国济南时代接骨螺钉扭转试验机最大的风投之一KPCB牵头在南加州的Amonix公司身上下了1.29亿美元的重注，后者20年来都致力于发展CPV技术。

Amonix的对手SolFocus也没有闲着。该公司上月已经在洛杉矶北部沙漠动手修建一座百万瓦级别的CPV太阳能电厂，将为当地一所社区大学供电。而远在澳大利亚，SolFocus也得到了政府订单，给澳洲北部机场“爱丽丝泉”建一座235千瓦的太阳能电站，包括28个CPV阵列。

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