序言二:昔日王榭堂前燕、今日飞入寻常百姓家之光伏十大里程碑
问题一:有谁知道何年何地谁发现光伏这一科学现象和光伏电池理论?
问题二:又是何年何地何人第一个发明太阳电池和发现今天主流的硅光伏效应?
问题三:何年何地何人第一个发明薄膜和硅太阳电池?
问题四:何年何地光伏电池进入真正的工业应用(卫星电源)?
问题五:何年何地何人第一次太阳电池发电且并网?
问题六:何年何地第一次建成100KW及1000KW级别的光伏电站?
问题七:何年何地第一次电池效率突破10%,20%和30%?
问题八:何年何地第一次提出阳光计划?新阳光计划?
问题九:何年何地第一次提出一千屋顶计划?百万屋顶计划?
问题十:光伏发电昔日王谢堂前燕,何时何地飞入百姓家?
问题十一:谁可称为“世界太阳能光伏之父”?
问题十二:世界太阳能光伏研究的泰山北斗在哪?
……
第一个问题的答案是:1839 年,法国,科学家贝克勒尔,发现“光生伏打效应”,即今天流行的“光伏效应”;从发现这一现象,到提出初步的太阳电池理论,人类历经近百年,1930年肖特基提出Cu2O势垒的“光伏效应”理论;同年,朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳电池”,使太阳能变成电能,1931年 布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸入电解液,在阳光下启动了一个电动机。
第二个问题的答案是:1932 年,奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉”太阳电池。又过了十年,1941年 奥尔在硅上发现光伏效应。
第三个问题的答案是:再历经十年艰辛,1954年 恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室,首次制成了实用的单晶太阳电池,效率为6%。同年,韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应,并在玻璃上沉积硫化镉薄膜,制成了第一块薄膜太阳电池。
第四个问题的答案是:1955年吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计。同年,第一个光电航标灯问世,美国RCA研究砷化镓太阳电池,1958年太阳电池首次在空间应用,装备美国先锋1号卫星电源。
第五个问题的答案是:1960年硅太阳电池首次实现并网运行。
第六个问题的答案是:1978年美国建成100kWp太阳地面光伏电站,1983年美国建成1MWp光伏电站。
第七个问题的答案是:1962年砷化镓太阳电池光电转换效率达13%,1972年罗非斯基研制出紫光电池,效率达16%,1976年多晶硅太阳电池效率达10%,1980年单晶硅太阳电池效率达20%,砷化镓电池达22.5%,1983年冶金硅(外延)电池效率达11.8%,1995年高效聚光砷化镓太阳电池效率达32%,1998年单晶硅光伏电池效率达25%。目前晶硅电池效率还是停留在马丁.格林领导下的赵静华、王爱华博士创造的世界纪录25.7%。如果要超过30%,主要还是复合物、聚光等,可惜价格比较高,暂时还未能大规模产业化、商业化、飞入寻常百姓家。
第八个问题的答案是:1974年日本执行了“阳光计划”,当时规定以居民屋顶并网发电为主要目标,对光伏系统实施政府补贴,初始的补贴达到了光伏系统造价的70%,20年累计安装近20兆瓦,近万家庭。1993年,日本制定并实施了“新阳光计划”。1997~2004年间,日本政府向用于住宅屋顶上的太阳能电池板安装工程投入了1230亿日元的资助金,累计安装超过1100兆瓦,近30万家庭安装了光伏发电系统。
第九个问题的答案是:1990年德国提出“一千光伏屋顶计划”,1997年美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”,在2010年以前为100万户,每户安装3~5kWp,1997 年欧洲联盟提出百万屋顶计划,到2010年生产37亿Wp光伏电池,1998年荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”,到2020年完成,累计安装1500兆瓦,日本“新阳光计划”之后也提出百万屋顶计划,到2010年生产43亿瓦电池。
第十个问题的答案是:19世纪三十年代末1839年发现光伏效应到20世纪五十年代末1958年光伏用于卫星电源,历经一个多世纪光伏从实验室之花成为王谢堂前燕。自从1954年第一块实用光伏电池问世以来,太阳光伏发电取得了长足的进步,这个时候的光伏还是王谢堂前燕。二十世纪六十年代末针对急剧飙升的石油价格,发达国家和能源需求大国联合成立了国际能源署,其第一次罗马会议就提出发展新能源和可再生能源等替代能源,从长远来解决能源和石油的需求问题,IEA PVPS(国际能源署光伏项目计划)旨在将光伏这一王谢堂前燕经过努力后大幅降低成本上百倍,从而普通家庭也可使用,甚或全世界大范围大规模使用,用一个世纪也即二十一世纪中叶飞入寻常百姓家。
1973年的石油危机和90年代的环境污染问题大大促进了太阳光伏发电及其他可再生能源如风电、水电、生物质石油等的发展。20世纪九十年代在欧美日等各国的政府百万屋顶规划。以日本为例,经过三十多年形成了每年安装5万多套系统,估计到2015年左右可望实现百万屋顶的新阳光计划。德国通过高倍上网电价补贴到2008年安装了近2GW,相当于百万家庭安装了光伏发电系统,实现了百万屋顶计划。2009年安装了不足4GW,2010年安装了近8GW,累计安装总量近20吉瓦,相当于实现了千万屋顶计划。
光伏发电可以说比计算机和光纤通讯发展更久远,但20世纪下半叶比后两者均发展要慢得多,究其原因可能一方面人们对信息的追求特别强烈,后两者对人类社会和工业均有巨大的助推作用,相反常规能源还能满足人类对能源的需求,可再生能源太贵,不具经济性,没有补贴无法推行,造成百万屋顶计划和新阳光计划几乎半数落空;另外一方面,克林顿执政时代两选其一,顺水推舟选择更具经济型、社会转型助推器的IT(含计算机和通讯等),可再生能源自然留给了历史继任者,这一飞入寻常百姓家的旅程将持续21世纪……而接棒者不仅是奥巴马总统,将还有其后来的继任者“奥林顿”……
在欧美发达国家和地区,2012年在欧洲意大利、德国,亚洲日本、澳洲,美洲加州等可望实现居民家庭光伏发电平价上网,飞入寻常百姓家正式真正启动......
在亚非拉等发展中国家和地区,2012年中国光伏发电成本最低可达一元一度电,而中国的商业和用电用电最高可达一元一度电,从这个角度讲,中国也非常幸运的不小心竟然进入欧美国家努力了十几年甚或几十年的目标——平价上网(Grid Parity)……
笔者在2008年前后提出的2012年全球部分国家和地区实现光伏发电平价上网无意中被说中了。
第十一个问题的答案是:谁是世界太阳能光伏之父?读者诸君可能说,这还用问,肯定是马丁.格林。马丁.格林,澳洲新南威尔士大学教授和科学家,培养了施正荣等十多个弟子,其后以时正荣为先,多数成为光伏上市公司运营或技术负责人,形成著名的光伏行业的“马家军”,这也是为何中国业界和媒体乐意赞誉马丁.格林为世界太阳能光伏之父。
但即便马丁及其弟子大多数并不接受这一称呼,盖因在学术界,在此之前,另外一个人几乎被公认为世界太阳能光伏之父,那就是斯坦福•沃弗辛斯基(Stanford Ovshinsky)。斯坦福·沃弗辛斯基于1960年创立ECD Ovonics公司,旗下子公司United Solar为了全球最大的薄膜太阳电池厂商之一。其美国专利US4519339《连续生产非晶体的太阳能电池系统》,该专利申请于1982年1月19日,并于1985年5月28日被批准。该专利被有关出版物列为:20世纪重要的发明。
斯坦福·沃弗辛斯基(Stanford Ovshinsky)(1922年11月24日-2012年10月17日),美国著名科学家、发明家,被誉为“太阳能光伏之父”。斯坦福·沃弗辛斯基没有上过大学,完全靠自学成才收获了数百项专利,一生获奖无数。生前拥有近400项专利,最著名的发明包括薄膜光电、太阳能电池板、光电制造器、镍氢电池和能够在汽车中安全储氢的固体氢燃料储存技术等。他最重要的发明镍氢电池在人们的生活中随处可见,几乎所有电子产品都受惠于他的发明成果。
第十二个问题的答案是:谁是世界光伏研究的泰山北斗?读者诸君中很多人可能立马想到澳洲新南威尔士大学(UNSW),这大概也源于光伏“马家军”的原因而出名。
但业界和学术界更推崇来自德国弗莱堡的德国弗莱堡大学和关联的Fraunhofer ISE(弗朗豪佛太阳能研究所),据说鼎盛时期该所研究及工作人员高达上千人,其研究不仅涵盖太阳能光伏的各个领域,还延伸设计电动汽车、储能等,即便是太阳能领域也涉及光热、聚光发电等,此外还涉及光伏测试,且与诸多德国籍欧美光伏技术企业、设备公司有技术合作,成果斐然。
相反,在业界和中国知名度很高的新南大,只能高效晶硅电池可以与之媲美,被戏称为光伏业界的“南北少林”。