中国光伏20年:江湖风云录(七)

2021年03月04日 8:23 2988次浏览 来源:   分类: 光伏   作者:

套用每年回顾行业的习惯用语:对于多晶硅-光伏行业来说,“2020年是不平凡的一年”。无意间回想才发现,这“不平凡”,我竟已写了10年,从专职光伏记者,到投资多晶硅、光伏产业的工程公司职工,10年来,多晶硅-光伏行业始终牵动着我的思绪。这“不平凡”,绝非简单地写作习惯和照搬套用,而是从本世纪初至今,中国的多晶硅-光伏行业在短短20年时间里,风云变幻、沉浮轮转,已极尽浓缩了其他行业几十年甚至上百年的发展轨迹。

“一切向前走,不能忘记走过的路;走得再远、走到再光辉的未来,也不能忘记走过的过去,不能忘记为什么出发。”值此“十三五”收官、“十四五”开局的关键节点,站在“两个一百年”的交汇关口,回望行业的发展历程,希望能在兴替得失间以笔承史,为下一段路途积蓄稳健前行的力量。

以为纪念、以为祝愿。

缘起:光伏诞生

(19世纪~20世纪60年代)

霍夫曼商业帝国

从半导体领域说回光伏。

1954年,韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应,可以在玻璃上沉积硫化镉薄膜,并制成第一块薄膜太阳电池。其时,人们称太阳能为“来自太阳的无限能量的源泉”。美国成为太阳能光伏应用的先锋,这当中,无线电和电视业务起家的霍夫曼电子成为光伏商业化的代表。

1941年,莱斯利·霍夫曼收购了破产的使命贝尔无线电制造公司,创立了霍夫曼无线电。使命贝尔无线电制造公司从事低成本微信无线电装置的制造,通过尽可能购买预制好的元器件来降低成本,但同时通过适当的设计改进来形成其自身的无线电底盘。不过,在20世纪30年代,这家公司一直处于财务困境中直到被迫破产。此时,霍夫曼只是一个荧光灯销售员,上门讨债却发现公司已经紧锁。以一个推销人员的直觉,他认为公司具有发展前景,所以将其买下,改名霍夫曼无线电,继续从事无线电装置制造和销售业务。霍夫曼无线电继续使用前公司的品牌和设计,在二战前的美国经济复苏增长的大背景下,加上其商人的头脑,又甩掉了此前的包袱。二战后,霍夫曼加速业务发展,到了1947年,霍夫曼无线电就开始自行研发、推出了新的无线电收音机型号。

1948年,随着其业务发展,该公司更名为霍夫曼无线电和电视。并开始制造当时最为流行的家用电器——电视机。到了1950年,霍夫曼成为美国西海岸最大的电视制造商。从黑白电视机到彩色电视机,霍夫曼建立了完整的电子产品线。1948年晶体管的发明、50年代初光伏电池的发明都给了霍夫曼很大的影响。虽然当时电池的转换率只有微弱的2%,且易碎、昂贵、难以制造,但包括霍夫曼在内的很多制造商都在努力提高效率,到1954年可以提高到4.5%,但这对于光伏电池制造来说仍然不切实际。不过,这并不阻碍他组建霍夫曼电子公司,将业务领域覆盖了消费电子、半导体、军工等多个分支。

1954年,贝尔实验室开发出第一个现代版本的具有6%广电转换率的晶硅光伏电池,其母公司开始商业化许可转让。霍夫曼率先成为“吃螃蟹的人”。但是,这个过程并不顺利:每一片功率只有14毫瓦、单价为25美元、转换率为2%的光伏电池价格为将近2000美元,也就是说为100瓦白炽灯供电的费用相当于建造中型城市的两居室,显然,这在任何时代都不是划算的事情。

光伏电池的市场如果定位于普通民众,那恐怕不太现实,于是霍夫曼将目光投向了军事领域。当时正值冷战时期,苏美在军事、科技领域持续开展激烈角逐。这当中,空间领域是兵家必争之地。因为人造卫星需要持久的电源供给,当时一般的蓄电池和后来的锂电池无法满足,而光伏可以有效解决能源永久性供应的问题,因此研发出的光伏电池起初主要用于空间领域。

1957年,全球第一颗卫星于苏联升空,这极大地刺激了美国人的神经。美国加紧了对于人造卫星的研究。此时,霍夫曼电子已经将光伏电池的效率提升到了8%,这也是其对行业发展的最大贡献之一,随后,其将光伏作为人造卫星升天后的电源使用,也正是因为他率先尝试,使光伏电池成为了1958年3月17日发射上天的先锋1号人造卫星的供电来源,这也是全球第一颗太阳能卫星。资料显示,先锋1号的提及很小,直径只有15.2厘米,重量也很轻,约1400克,它只携带了一个10毫米108兆赫的水银电池和一个5毫瓦108.3兆赫附着在带卫星上的太阳能电池。先锋1号的电池发射器在1958年6月停止工作,太阳能电池也在1964年5月停用,此后这个沉寂的航天器只能通过地面的光学设备跟踪到。自此以后,太阳能电池就作为空间电源被实用化,在通信、广播、气象、资源探查、科学研究以及宇宙开发等方面也逐步作出了贡献。

随后,霍夫曼又拓展了太阳能光伏应用的范畴。1959年,光伏电池效率已经达到了10%,经过改进,霍夫曼电子推出了新的系统模型,使大量的电池矩阵减少串联电阻的使用,美国探索者6号人造卫星就使用了高达9600块霍夫曼光伏电池组成的光伏组件阵列,每个电池只有2平方厘米。不仅如此,其消费分支也开始尝试将其导入消费品,如收音机电源。1959年,霍夫曼开发出集合了晶体管、光伏在内的新型收音机KP706,这使其既可以依赖电池,也可以利用在其上附有的太阳能电池阵列。

1960年,该公司又将电池转换效率提高到了14%,也就是说,3年提升3倍的效率,进步和贡献巨大,也这使得光伏电池造价从每瓦高达近2000美元急剧削减到几百美元,使得遥不可及的太阳能光伏电池具备了初步市场化应用的可能性。

光伏技术研发

在第二次世界大战结束后的20年中,一些有远见的人士已经注意到石油和天然气资源正在迅速减少,呼吁人们重视这一问题,从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展,并且成立太阳能学术组织,举办学术交流和展览会,再次兴起太阳能研究热潮。在这一时期,太阳能研究工作取得一些重大进展,比较突出的有:1955年,以色列泰伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论,并研制成实用的黑镍等选择性涂层,为高效集热器的发展创造了条件;1954年,美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池,为光伏发电大规模应用奠定了基础。

此外,在这一阶段里还有其他一些重要成果,比较突出的有:1952年,法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50kW的太阳炉。1960年,在美国佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨-水吸收式空调系统,制冷能力为5冷吨。1961年,一台带有石英窗的斯特林发动机问世。在这一阶段里,加强了太阳能基础理论和基础材料的研究,取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破。平板集热器有了很大的发展,技术上逐渐成熟。太阳能吸收式空调的研究取得进展,建成一批实验性太阳房。对难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热发电技术进行了初步研究。

责任编辑:周大伟

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