在许多人看来,英国计划利用太阳能获取充足电力的构想可谓戏言。直至不久前,英国政府部门所持的观点仍是将太阳能电力置于无足轻重的地位,与地热发电一样归为冷门技术。

1992年,向DTI(贸易工业部)提交的一份研究报告促使官方重新思考,研究表明:光电(PV)能源的确大有可为。到2020年,英国PV电力有可能达到1.1亿KW,是目前常规发电能力的2倍,到那时,光电能源在理论上每年足以提供2000亿KWh的电量,近乎当今英国全年电力消耗总量的2/3。

预料光电技术能取得如此进展的人,为数并不多,在DTI去年公布的能源报告中做出的预测仍颇谨慎:即使到2025年,PV系统所能提供的电量也只是72亿KWh,但报告承认:“由于成本呈下降趋势,操作简便,布设灵活,利于环保”PV现在是“可大规模利用的能源形式中最具吸引力的再生性能源技术”。

将一排排PV组件构成的巨大光电电站并入电网,这种构想对于临近赤道、阳光充足的地域仍然很有意义,世界上最大的该类型电站(3.3 MW)已于去年10月在那不勒斯附近并网供电。但现在看来,这种光电中心电站占地面积较大,传输损耗严重,因而并不适于英国这样狭域高纬、日照强度低的国家。在这些地区,一个更为科学的方案是,把PV组件附着于楼房外壁以作为建筑物电力源。这种方案避免了传输损耗,解脱了占地的困扰,也不至于扰乱视觉景观(正是这一弱点,曾使许多风力发电计划夭折)。尤为重要的是,由于光电(PV)电池兼备了建筑覆面材料的辅助作用,使其经济效益更具吸引力。位于纽卡斯尔的诺森布里亚大学的一幢五层楼房是北欧目前最大的PV覆面建筑,于今年元月正式启用光电电源。这座60年代的建筑正面朝南,用总计465块PV平板组件重新覆盖。每块组件0.63平方米,综合了36个晶硅电池。单组件输出85 W,全系统最大电力输出40 KW,预计能满足该建筑物夏季电力需求的70%,冬季的10%,全年发电量为30~35 MWh。盛夏,这些PV平板组件更能以26度的倾角为室内遮阳,夏季周末,过剩的电力可输送对北部电力网。这套PV系统的应用目的之一,也是验证光电覆面材料在北欧地域的效能。事实上,运行状况之好超出了预料,在冬季的一月末,电力输出也竟然达到38 KW。据估计,北欧地区在现代化办公建筑顶部及朝南壁面装设PV组件可以满足该建筑全年电力需求的15%,到下世纪初可达50%。目前,PV组件的成本是一般覆面材料的4~5倍,要想大规模付诸应用,其先决条件是必须使光电转换系统进一步高效而廉价。

虽然PV技术具有许多无可争议的优点:清洁、宁静、易于维护。但同时仍有一些局限:输出强度有可能在短时间内大范围变化,难以精确预测;有效的光电转换过程仅限于白天;电力输出高峰期处于夏季,而英国及北欧诸国电力需求的高峰期却是在冬季,这一缺陷可以利用蓄电池及其它形式的储能装置予以克服,当然,这将会增加PV系统的成本。

光电(PV)电力应用的主要障碍仍是高成本,可以说光电技术未来前景将取决于成本趋落的速度及程度,虽然近10年来,光电电池的价格已明显下降,但太阳能发电仍然是最昂贵的电力源形式之一。一个至关重要的因素是对光电能源的需求水平,它决定了设备的生产规模,从而决定着价格走势。目前,全球对PV电力每年最高需求约为70 MW,形成了价值3亿美元的商业市场,年增长率为15~20%,商业性PV电力的价格为每瓦5~7美元($5-7/W),较10年前已降低一半以上,但这还远远不够。全球市场需求必须达到每年200~300 MW,光电电源的价格才能降到足以普及应用的程度,即$2~3/W,以这种需求水平,投资者就能有充分的信心维持低价运行所需的规模为50~100 MW的PV电厂。近几年来,PV电力每增加1倍,成本就降低20%,如果这种趋势能保持下去,则$3/W的目标将会在2005~2010年间实现。专家称,到2020至2030年,光电的地位将与水电或核电并驾齐驱,尽管发电量还无法与之匹敌。

由美国80个团体成员组成的“公共光电事业集团”(UPG)做出估计:“以$3/W的水平,美国PV电力市场潜在的发电能力可望达到9000 MW的惊人数字。由于美国大部分地域阳光充足,UPG把边远电网视为最大的发展对象,约6900~7630 MW,内地电力约占415~500 MW,商业建筑只为50~60 MW。

这些数字固然可观,但要取得低成本所需的规模生产,必须进行大规模投资,这种投资经营要有能力把电力收入的70%重新投入研制开发而不拘泥于眼前赢利。显然,最理想的依托对象莫过于石油工业。作为未来的主要投资者,石油财团早就与PV电力行业建立了密切关系,如英国石油公司、壳牌石油公司、美国石油公司等都是光电领域引人注目的投资经营者。

某些人对石油公司涉足光电技术领域存有戒心,甚至怀疑石油巨人此举无非是想控制这项有可能对他们传统的能源帝国构成威胁的新能源技术。纽卡斯尔光电中心的鲍博 · 希尔教授则对此不以为然,他相信石油公司兴趣所在的原因之一是他们习惯于着眼长远。

光电电力降低成本的另一趋势是实现PV基础材料从结晶硅向薄膜材料的转移。结晶硅的光电转换效率高,但过于昂贵。目前硅材料约占光电电池成本的60%,是整个PV组件成本的30~40%。非结晶硅的薄膜材料则可在玻璃或金属衬底上形成涂层而具备规模生产条件,因而廉价,但其性能和寿命不及结晶硅。改进薄膜PV电池的主要方法是增加材料涂层的数量,各个涂层都对应调谐于光谱中的不同波长,从而增强光电转换效率。澳大利亚科学家利用多层薄膜结构的低质硅材料已使PV电池成本骤降80%,新南威尔士州府出资6400万美元支持这项研究,并希望10年内将该项技术商业化。到2010年,薄膜电池成本有望低于$1/W。

目前,PV电力还没有资格像核电这样的再生能源技术一样享受NFFO(非矿物燃料资助条款)的优惠,原因之一是PV供电往往自成体系,大多没有并入公共电网。为此,英国光电技术联合会疾呼,应修改NFFO条款以容纳公共电网之外,但确以非矿物燃料输出电力的技术。

英国光电电力工业界希望能得到政府的扶持以获取突破性的商业前景,一个重要步骤是实施所谓的“百门”计划,即依靠政府资助和减免税政策,在5年内实现100幢建筑壁面覆设总电力为5 MW的PV电池板,这实际上是效法德国的“千顶”工程,那是由政府负责总费用的70%,给1500户家庭的屋顶安装光电电源装置,这些计划有助于营造PV电业形成未来市场的环境。

[Electrical Review,1995年3月]