陽光三十年 Sunpower發展之路

2020-11-23 北極星太陽能光伏網

北極星太陽能光伏網訊:作為科班出身的光伏人,謹以此文向那些為了人類能源可持續發展貢獻自己才智和心血的科學家,工程師,企業家,以及所有相關的人致敬。本文不可作為股票投資參考依據。資料來自多年整理,積累自業內訪談,學術論文,行業報告,同行吐槽和網絡信息。

在過去30年太陽能行業轟轟烈烈的發展歷程中,Sunpower不是第一家光伏公司,也不是增長最快的,更不是實力最強的,但是誰都不可否認,他是誰都不可忽視的標杆性企業,他開創了光伏發電普及的時代。因此回顧它的歷史,也是對太陽能普及時代這三十年的一個見證。本文旨在介紹,這個公司為什麼重要,他有什麼樣的地位,他對光伏行業乃至能源行業產生了什麼樣的影響。

要想知道什麼是光伏,一切都要從1905年說起。

1905年初春的瑞士依舊很冷。在伯爾尼街頭的咖啡館裡面,一張桌子上擺著四篇論文。一個頭髮蓬亂的年輕人一口一口的喝完手中的咖啡,拿起最上面一篇看了看,放到信封裡寄給了德國物理學報。後來他因為這篇文章拿到柏林大學物理系教授教職並且獲得1921年諾貝爾獎。這個年輕人的名字叫艾爾伯特愛因斯坦,他的這篇論文叫《光的發生和轉化分析》。他當時還沒有意識到,這個發現在20世紀80年代給世界帶來了一場能源革命。

自從1839年法國攝影師,工程師Alexandre發現光照通過特殊材料會產生電流以來,人們一直對神秘的光電效應充滿了好奇。直到1905年這其中的原理才被愛因斯坦利用量子理論解釋清楚:光子和電子作為粒子其能量是可以進行離散式的交換的。其量級是一個最小值的整數倍。

這一偉大的發現讓剛剛進入電氣時代的人類社會激動不已,尤其是學界和工業界。長期以來基於卡諾循環驅動的發電機慢慢佔據了整個世界。已經有不少富有遠見卓識的物理學家和發明家已經發現,化石燃料(間接太陽能)對人類能源需求的支撐時間尺度是無法和直接利用太陽能能相比的。而如果利用光生伏打效應導出電流,就可以得到及其理想的能源轉化系統。

然而,這一理想讓學界和工業界努力了50年。

1953年的新澤西的夏天永遠是那麼的涼爽。在貝爾實驗室一間毫不起眼的辦公室裡,有個身材瘦長的中年人盯著一塊黑板很久了。他的名字叫Gerald Pearson,研究光伏效應已經有5年了。那個年代這個研究課題可不新鮮,畢竟愛因斯坦先生的文章已經廣為傳播,誰都想做出一些有實用前景的東西。和其他人不一樣的是,Gerald對在新的系統裡觀察光伏效應沒有什麼興趣,他認為真正有意義的研究是實際的應用。根據他過去5年的研究結果,在半導體裡面獲得的光伏效應才可以穩定輸出電功率,而地殼中含量第二名的矽元素正是新興的半導體行業中最常用的材料。因此使用矽材料的太陽能電池成為他的研究重心。幾個月前剛剛拜訪過愛因斯坦,老人家已經頑疾纏身,長年專注大一統理論的研究。不過最終他還是告訴Gerald說:想想普朗克,布洛赫,想想布裡淵。他們的研究對你會有幫助的。回到辦公室,Gerald和他的老同事William Shockley經過簡單的計算,發現矽太陽能電池的效率理論極限高達29%,鋪滿亞利桑那一半的沙漠就可以給全球供電。(後來Shockley和Han Queisser進一步推導單結太陽能電池理論極限為33.7%)這一結果更加增進了Gerald的信心。

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