何祚庥力挺“第三代”光伏发电技术

yhqtianyi

中国科学院院士、中国科学院理论物理研究所研究员何祚庥接受本报独家专访——
　　“原因很简单，发展太阳能太重要了。”在问及为何从反伪科学转移到为新能源鼓吹的问题时，中国科学院院士、中国科学院理论物理研究所研究员何祚庥这样回答本报记者。
    　何院士注意到一个全球性的变化：“现在时代的动向是一流科学家、超一流科学家开始转入太阳能的研究，这是世界发展的方向。比如，诺贝尔奖获得者朱棣文教授，现在是美国能源部部长；搞粒子物理的大名人卢比尔教授，由于发现中间玻色子获得过诺贝尔奖，现在也在搞太阳能。”
    　物理学家、院士、哲学家、“反伪斗士”……种种称呼包围着如今已是82岁高龄的何祚庥院士，而围绕这位老者的种种争议也不绝于耳，甚至在他努力推广“第三代”光伏发电技术的当下，同样有来自业界的质疑之声。即便这样，何祚庥这位睿智的老者不愿停息前行的脚步，仍坚毅地积极推动“第三代”光伏发电技术。
“最先进、最低廉的光伏发电技术”
    　何祚庥认为，“4倍聚光+跟踪+太阳能炼硅+晶体硅（p型或n型）+薄膜”是当前最先进、发电成本也最低廉的光伏发电技术。
    　“应对‘碳关税’的重要措施之一，是大力发展光伏发电技术。”何祚庥说。他认为，要在10~15年间，将光伏发电成本下降到可以和火力发电相竞争的水平。
  　  从国际发展的态势来说，当前光伏产业正由晶体硅发电为核心的“第一代”技术，向硅薄膜或其他薄膜（如碲化镉、铜铟镓硒等）发电等“第二代”技术转变。由于薄膜的厚度仅为几个微米，所用材料仅为价格十分昂贵的晶体硅的1%。所以，“第二代”技术的发电成本，一般约为“第一代”技术的1/2。
    　“现在，有一种观点认为我国光伏产业存在泡沫，其实，最大的问题是技术创新问题。”何祚庥接受本报记者专访时说。最近，美国总统奥巴马一再宣称：“在开发、生产、利用和节约能源的新技术方面，没有什么比创新更重要”。
    　我国的光伏发电技术，究竟该走向何方？为此，国内一些专家在默默地刻苦钻研，其中，中国科学院理论物理研究所特聘研究员陈应天教授开拓出一种新型的光伏发电技术——“4倍聚光+跟踪+太阳能炼硅+晶体硅（p型或n型）+薄膜”。
    　陈应天教授研发的这种技术被何祚庥院士认为是“第三代”光伏发电技术，这是“当前最先进、发电成本也最低廉的光伏发电技术。”何院士称赞说。
   　 “现在国际上也出现了类似的意见。”何祚庥院士注意到，国外最近发布的有关未来光伏发电成本发展趋势的预测图也显示出，第二代光伏发电成本，约是第一代光伏发电成本的1/2，而第三代光伏发电成本，亦即“4倍聚光+跟踪”技术的光伏发电成本，又将是第二代技术的1/2。
　　2005年10月，由陈应天教授任董事长的安徽应天新能源有限公司生产的、具有完全知识产权的数倍太阳光强光伏发电系统，首次安装在中国科学院理论物理所的楼顶，并成功发电。诺贝尔奖获得者李政道参观后称：“这是理论和实践的完美结合，对中国环保事业和新能源的利用将产生深远影响。”
    　但是，记者日前向一些业内人士介绍何祚庥院士推崇的第三代光伏发电技术时发现，有人认为这种“4倍聚光+跟踪”技术根本不是什么创新，根本没有发展前途，没有存在的必要。何祚庥院士也对记者坦言，对于这种光伏发电技术，“一直都有人在质疑”。那么，第三代光伏发电技术究竟是一项什么样的技术？为什么会引起这么大的争议？
“发电成本下降到每度电0.51元”
   　几百年的天文学研究早已得出地球围绕太阳公转和自转的高精密运行公式，把这些公式输入芯片，就可以使“光漏斗”高精度地追逐太阳，大幅度降低跟踪成本。
　    据何祚庥院士介绍，“4倍聚光+跟踪”光伏发电技术由两部分组成：4倍聚光技术和跟踪技术。“4倍聚光”技术是指将原本照射在4倍单位面积的太阳光量集中照射在一倍单位面积上。
    　“为什么是4倍聚光？”何祚庥院士解释说，仅要求4倍而不是高倍聚光，所以可用目前市场上有充分供应、价格较低廉的光伏电池，不必要求有能承受10~20倍或几百倍、质量难以保证、价格十分昂贵的特殊聚光电池。
   　 4倍聚光的过程是通过陈应天教授所发明的“光漏斗”实现的。理论预期，4倍聚光将输出4倍电力。实际上由于反射、吸收等原因，实测证明，在直射光是4倍光强的条件下，光电池的输出是3.3倍。如果再加上跟踪装置，可比平板电池提高30%，发电量是4.3倍。
    　何祚庥院士指出，“光漏斗”能保证太阳光在光电池表面有均匀的光强分布，这就极大地减少了热应力的不均匀和受热量的不均匀。如果是市场上随便买来的劣质光电池，4倍聚光会扭曲成碗的形状。
    　太阳跟踪技术是“4倍聚光+跟踪”中的另一项技术。“陈应天教授早年曾在剑桥大学进行过天文学研究。他受天文望远镜的启发，利用一个非常简单的方法，也就是天文望远镜跟踪的方法，摆脱了传统的太阳跟踪系统存在的难题。”何祚庥院士说。
  　  他接着提醒记者，“别忘了，我们理论物理研究所本身就是搞理论物理研究的。几百年的天文学研究早已得出地球围绕太阳公转和自转的高精密运行公式，把这些公式输入芯片，就可以使‘光漏斗’高精度地追逐太阳，大幅度降低跟踪成本。”
    　有一些人对“4倍聚光”技术提出了批评和怀疑，何院士表示，“我们欢迎大家多多质疑”。
    　对种种质疑，陈应天教授采用一系列高新技术，做了有针对性的回答，实践也已部分地做了回答。据何祚庥介绍，利用这一“4倍聚光”技术在内蒙古鄂尔多斯建造的205千瓦小型光伏电站，目前已安全、可靠、持续运行了两年多，只在安装调试早期有千分之一、二的“光漏斗”需要维修。据了解，鄂尔多斯205千瓦项目是2006年8月经国家发改委核准建设的，于2007年底已建成并网发电，2008年1月26日进入商业运营。
    　此外，最近，在安徽蚌埠研发的一台直径为35米的50kWp光伏发电机，经历了一场直径为1厘米的冰雹袭击。何祚庥说：“全部结构安全运转，安然无恙。”
    　前不久，何祚庥等人到甘肃武威地区，对陈应天所发明的50KWp的转盘式光伏电站，和863计划支持的500KWp平板式光伏电站的投资和运行做一比较性的考察。其结果是：这一转盘式光伏电站不仅其单位投资仅为平板光伏电站的1/3，而且发电量还多出55%。
    　“更令人感兴趣的，是‘4倍聚光’技术的发电成本。”何祚庥说。他进一步分析指出，这涉及50KWp光伏电机的使用寿命。由于一块光电池已能发出4倍电力；这一50KWp并网光伏电机包括利税、土地、知识产权费用在内的总投资将下降到25000元/千瓦。如果此光伏电机使用寿命是25年，年平均发电1967小时（注：这是甘肃武威地区年平均日照时间），易算出以25年寿命计的这一光伏电机的平均发电成本，是0.51元/度电。如果此光伏电机获得1.09元/度电的优惠上网电价，将在12年内回收全部成本。
   　何祚庥对记者一再强调，“0.51元/度电，有人不相信，但我认为是真实的。一个重要原因是，这一‘4倍聚光’装置的散热片能保证均匀、有效地散去聚光带来的热量，其电池片的温度，比不散热的平板式光伏电池的电池片所具有的温度，还要低一些！”
世界首创“太阳能炼硅”
   　 “太阳能炼硅”技术具有完全的自主知识产权，能大幅度降低能耗和制作成本，能完全消除污染，使高纯硅成为“绿色”产业的太阳能级的高纯硅，有足够的实力应对“碳关税”的挑战。
    　何院士认为，为大幅度减少用改良西门子法冶炼高纯硅的高耗能，降低硅产业所产生的四氯化硅等产物的重污染，其发展方向之一，是用太阳能炼硅。
    　在第三代光伏发电技术中，“更重要的是陈应天教授已研发出价廉、聚光高达10000~15000倍的太阳炉，温度可达3500摄氏度，成本只有国外同类研发产品的1/30~1/50，已用来冶炼出太阳能级的高纯硅，而且将为高温光冶金、光化学的研究和发展，提供新的工具。”何祚庥评价说。
    　据何祚庥介绍，目前，陈教授已做到将15000倍太阳光稳定地聚焦在某一固定方位，在约为一个乒乓球大小的空间，将温度上升到3500摄氏度，其未将研发费用计算在内的成本仅约为20万元人民币。近来，陈应天教授又将上述定日镜扩展为8m×8m的镜面，制成相应的产品，出口到国外，其售价高达150万元人民币。但国外所研发的太阳炉，其售价却至少是150万元的10倍，在性能上也不如陈式太阳炉优越。
    　由于太阳炉是一种极好的、廉价的高温光源，已利用这一太阳炉先后在银川、鄂尔多斯和武威等地对太阳能炼硅进行了多次试验和反复改进。
    　何祚庥介绍，一个令人惊异的事实是：这一在10000倍太阳光辐照下的硅棒的持续冶炼过程，竟然仅在2~3秒钟内完成全部作业。工业硅所含杂质，或者气化，或者形成氧化物，萃取到由“相变”控温为1700摄氏度的高温氧化物混合物的液体中。
    　由于这种冶炼过程消耗的材料是2个9的工业硅和高凝土等一类氧化物，其售价仅为人民币5~10元/公斤，所用太阳炉却没有任何消耗。所以上述试验，包括压铸成棒等工艺过程所耗费的生产成本，仅约为20~25美元/公斤。何祚庥认为，一旦实现了这一生产过程的产业化，将完全可能下降到约10~15美元/公斤。
    　“利用新型太阳炉生产多晶硅的新技术是世界首创。”何院士表示，这种“太阳能炼硅”技术具有完全的自主知识产权，能大幅度降低能耗和制作成本，而且没有四氯化硅的污染，在国际市场上将有超强竞争力，并还有成本大幅度下降的空间。
    　何祚庥说，由于现有“4倍聚光+跟踪”技术中的光电池成本，仅占全部成本的1/3，如果这一太阳炉光照射的新型多晶硅的光冶金法获得成功，将有可能将上述使用寿命为25年的‘4倍聚光’发电装置的发电成本，再下降20%，由0.51元/度电，下降到0.40元/度电。
   　目前，甘肃电力投资公司已决策应用陈教授所开拓的这一太阳能冶炼高纯硅技术进行试生产，正酝酿建立年产4000吨太阳能级高纯硅的生产基地，总投资为20亿元人民币。
   　何祚庥对记者表示，甘肃电投的这一决策导致国内不少要“大干快上”西门子法、硅烷法的企业，纷纷转而持谨慎观望态度。原因是：国内已上马的制作高纯硅的预期产量，已高达10万吨之多，将在2~3年内形成严重的生产过剩；而一旦太阳能炼硅的产业化获得成功，这一10万吨产业将面临十分尴尬的局面。
谁能抗衡“美国第一太阳能”？
   　国内将没有任何厂家能和“第一太阳能”竞争。惟一能竞争的技术，是“4倍聚光+跟踪”的发电技术。
　　在为“第三代”光伏技术鼓与呼的同时，何祚庥发现一个有巨大争议的技术“路线”问题：薄膜还是“4倍聚光+跟踪”？
　　反对发展聚光技术的人认为，因为所有的聚光发电和聚光热发电系统，其本质都是用“廉价的聚光材料替代昂贵的半导体材料。而当半导体材料廉价到与聚光材料相近时，所有的聚光发电系统均没有生存的意义了”。
   　前不久，光伏领域的一个新动向似乎更加坚定了反对者的信心：全球最大薄膜太阳能电池组件研发生产企业——美国第一太阳能公司将在内蒙古自治区建设迄今为止世界上最大的人类使用太阳能项目。根据双方签署的谅解备忘录，双方将在内蒙古鄂尔多斯建设一座拥有2000兆瓦发电能力的太阳能光伏发电厂。
    　何祚庥自然也注意到了，我国引入美国第一太阳能公司碲化镉薄膜电池技术的新动向。
  　  据“第一太阳能”资料宣称：“这一碲化镉薄膜电池片的成本为6.09元/瓦。”而各有关材料的综合分析均表明，其效率将达到11%。何祚庥认为，这是目前大面积碲化镉薄膜发电技术所能达到的最高水平，也是产业化后的各种薄膜技术所能达到的最高水平。
    　何祚庥还强调：2000兆瓦的发电能力，这在光伏产业里是一个十分巨大的数字！因为中国可再生能源的规划中，光伏产业的规划数字，就是2000兆瓦。可以说，仅“第一太阳能”就占领了中国光伏市场的99.9%！