被称为聚能光生伏打效应的技术,既得益于太阳能电池的进步(这种电池可吸收太阳光并将其转化成电能),也得益于将阳光聚集到电池上的反射镜或透镜聚光器(concentrator)系统。不久,这种技术将产生和从电网上获取电力一样便宜的太阳能动力。

 

　　将太阳光聚集以减小太阳能电池的尺寸,从而降低成本的想法早在几十年前就有了。但重新对这种想法产生兴趣,还是2年前的事情。去年10月,日本电子巨头夏普公司展示了用弗雷斯内尔透镜(用于灯塔上)将太阳光聚集到一种超高效率的太阳能电池上的新系统,其效率大约为传统硅太阳能电池的两倍。其他公司,如美国加利福尼亚州帕洛阿尔托的SolFocus公司和帕萨迪纳的能源创新公司,正在大量生产新的聚光器(concentrators),以及加州一家供应“火星漫游者”号探测器的长寿光生伏打电池公司———波音公司附属光谱实验室,正在为聚光器项目提供100多万个太阳能电池,包括一个在澳大利亚的项目,它可以生产足够供3500个家庭使用的电能。

 

　　“聚集太阳能的背景思考很简单。尽管来自太阳的能量很丰富,但却很分散,用传统的光生伏打电池生产千兆瓦的电(其规模相当于一座实用规模的发电厂),需要用面积达4平方英里的硅片”,在美国科罗拉多州戈登国家再生能源实验室工作的科学家杰里·奥尔森(Jerry Olsen)说:“而一个用塑料聚光器系统,或玻璃透镜或金属反射器制成的,可以取代绝大部分硅所用的半导体材料,只要覆盖一个普通后院大小的面积就够了。由于减少了所需半导体材料的用量,因而可以采用效率更高的太阳能电池,工厂的区域范围包括反射镜或透镜在内,只有2.5平方英里大小。”(这种方法不同于将来自太阳的热能聚集到涡轮机或斯特林发动机的聚热太阳能)

 

　　“我宁愿采用几平方英里大小、成本较低的塑料透镜,而不愿采用同等面积的硅太阳能电池”,奥尔森说。目前,太阳能发电的成本仍比来自电网的电力高,但聚光器技术有可能改变这种情况。“实际上,如果制造商能接受生产和销售量的剧增以及分送和系统安装的挑战,它们的价格就很容易与从电网中取得的电力价格相当”,德国亚琛光子咨询公司经理、太阳能产业分析师米歇尔·罗戈尔(Michael Rogol)称。

 

　　但是这种方法却难以实施。“目前还没有人表示愿意这样做,原因是这种系统十分复杂”,罗戈尔说。罗戈尔的目标是建造一种能聚焦太阳光的聚光系统,它能跟踪太阳的运动以使阳光始终投射到太阳能电池上,而且还能承受聚集500~700倍的太阳所产生的热量,同时还得使这种系统易于制造。

 

　　面对这种复杂性,许多人把他们的研究工作集中在降低传统的“扁板组收集极”(flat-plate)系统的成本上。为此要减小太阳收集板的厚度和半导体材料的用量,或改用效率较低但价格便宜的有机材料。目前已有几家公司宣称,它们已经开发出能批量生产的可靠的聚光系统。例如,SolFocus公司开发的一种系统,采用类似制造汽车前灯那样的技术,将聚光器和太阳能电池组合进一个密封盒中(可以很容易批量生产)。

 

　　对于采用超高效率的太阳能电池,最初受到的批评是,这种电池在实验室里可以工作得很好,但在大批量生产中其高效性能可能得不到保持。传统的太阳能电池只采用一种半导体材料(硅),而与此不同,这种被称作多连结电池(multijunction cells)的高效率电池系由3种半导体材料制作的。用这种材料则意味着必须克服硅的一个主要局限性:虽然硅能够吸收大部分太阳光谱中的光子,但其效率很差,只能将太阳光谱中的高能光子(从蓝光到紫外光)的大部分能量转化成热量而不是电能。而多连结太阳能电池采用了3种材料,目的是将太阳光谱中不同部分的光有效地进行转化,从而使光更少地转化成热而更多地转化成电能。

 

　　所有这些材料必须十分小心地加工制造,以便能与其他材料一起工作,同时还必须在非常清洁、严格受控的条件下组装。在20世纪90年代,当这种电池尚处于试验阶段时,人们就将它称作“一种实验室的‘珍品’,决不能大量生产”,奥尔森说:“而今这种电池在生产车间里已做得比我们当时在实验室里做的还要好。因此,它基本上已使神秘之物公开亮相”。

 

　　限制太阳能聚集技术应用的其他因素,如把聚光器安装在郊区的屋顶上有碍观瞻,可能会限制它在商用建筑上的应用。

 

　　但是,技术在进步,对太阳能的需求在增加,硅原料则日益短缺,这些都会使聚集太阳能的光生伏打电池具有吸引力。

 

　　“在这一领域中还有大量的不确定因素存在。从历史上看,还有大量夸大其词的宣传没有被排除,”罗戈尔说:“对我来说,最大的新闻是,在过去的一年中,一些从事太阳能开发的科研人员已经对聚光器做出了令人瞩目的贡献。