光伏时代(三)—— 来自战争的经验(曹宇)

来源:光能发布时间:2010-12-31 00:00:00

当时的宣传现在看起来还是很有味道的

图片摄于 1954 年

贝尔实验室:“大牛” 的牧场

一个人如果在某方面有很好天赋或能力,我们会称其 “牛”,要是天赋和能力再强一些,那自然是 “大牛”。如果把卓有成绩的科学家比做科学界的 “大牛”,那么贝尔实验室就是全球最大的科学牧场之一。这里不光 “奶牛”(本土科学家)、“黄牛”(东方科学家)遍地皆是,连 “犀牛”(诺贝尔奖得主)都有十余位。

我们经常会听到贝尔实验室这个词,只知道这个实验室牛得不着边际,但实际上除了知道这个也叫贝尔电话实验室的机构研究电话之外,也是晶体管、激光器、发光二极管、数字交换机、通讯卫星、有声电影及网络通信等重大发明的诞生地。自 1925 年成立以来,贝尔实验室共获得两万五千多项专利。贝尔实验室的发明使得母公司朗讯科技(Lucent Technologies)在通讯和网络方面处于全球领先地位。对于光伏行业来说,贝尔实验室最重要的贡献在于在 1954 年由研究员 Daryl Chapin、Calvin Fuller 和 Gerald Pearson 研制出了第一块 “高效” 太阳能电池。虽然 4.5% 的效率在现在看来连大部分废品都不如,但这是当时的最高效率。几个月后,效率提升到 6%。

通过贝尔实验室的研究范围来看,光伏仅仅是其广泛的研究范围中十分有限的一小块。但即使是这么一小块却创造了历史性的突破,是悠久的传统?还是良好的氛围?笔者认为更多的在于良好的科研与商业运作模式。

两年前常州举办的光伏会议上,针对中国的科学研究往往同市场脱节,缺乏商业化运作的实践和曾经讨论过如何将科研与商业结合的方法。无锡尚德副总裁张光春曾经介绍了国外研究机构与企业合作的模式:政府与企业各提供一部分资金给科研机构,科研机构取得的成果交由企业投放到市场检验并获利。

贝尔实验室的情况于此类似。成立之日,AT&T 与西方电气各拥有实验室 50% 的股权,因此在运营商保持了相对的独立,母公司提供运作经费,实验室的研究成果归公司所有。良性循环的结果就是贝尔实验室在并不极为突出的领域也仍然取得了良好的成功。光伏电池只是其中的一例。

为了进一步学以致用,贝尔实验室在 1955 年于格鲁吉亚开了了农村光伏示范系统的研究,这次研究只运作了 5 个月的时间,但作为最早的光伏应用系统,这次研究为后来的光伏应用事业开辟了新的天地。

但贝尔实验室的运作中有个缺点:贝尔实验室与斯坦福、麻省理工这样的大学不同,他并非相对独立的,因此在当时太阳能不可能普及的时代没能在光伏领域走的更远。同时由于企业稳定性相对政府差距较大,因此归属到朗讯科技下之后,由于朗讯连续六季度亏损,2008 年,朗讯只得将贝尔实验室大楼售出。同年 8 月,贝尔实验室黯然宣布退出晶片研发业务。

贝尔实验室的成功与失败都可以称得上是科研机构商业化的典型,它的成功是科学史上的典范,但它的局限也是显而易见的。但不管怎么样,他们已经为光伏业今后的发展做出了很多。

而且随着发展低碳经济重要性的凸显,贝尔实验室有望再次回归。光伏业发展所需的另一重要基础 —— 智能电网引起了贝尔实验室的兴趣。据了解,贝尔实验室已与韩国园大学(Kyungwon University)的加川能源研究所(GERI)已签订联合研究协议,为下一代智能电网(Smart Grid)设计关键业务的通信基础设施、全面的安全系统,并发展下一代智能电网的创新业务模型。旨在通过探寻电网系统和信息通信技术间的有效融合,来从根本上提高电力网络的效率、可靠性、安全性及智能。

这对我们来说当然是莫大的好消息。

发 “战争财” 的霍夫曼电子

如果说上世纪五十年代的上半部分的荣耀属于贝尔实验室,那么五十年代的下半部分历史则由霍夫曼电子来书写。

霍夫曼电子的故事开始于 1941 年,生产调幅收音机。当时正处于二战时期,居民对于广播的关注使得霍夫曼电子取得了巨大的成功。从某种意义上可以讲,霍夫曼电子发的是有良心的 “战争财”。

几年后,霍夫曼电子从一个小收音机厂发展成多元化拥有 7 个主要部门的跨国公司。在此期间,单纯的收音机业务已经不能满足发展需要,霍夫曼电子开始向多元化发展。半导体、航空导航系统、彩色电视机、收音机和卫星传输等,其中也包括太阳能电池。

与贝尔农村工程示范项目同年,霍夫曼电子也于 1955 年推出了转换效率 2% 的商业化产品。这款产品价格为 25 美元 / 片,功率却只有 14mW,这里的 mW 并非我们所说的兆瓦(MW)而是千分之一瓦。

我们关注最多的就是光伏的成本问题。如尚德等企业提出的 2012 年 “一元钱” 计划,英利 CEO 苗连生所说的 2010 年即可达到平价上网。但是在 1955 年光伏发电的成本是多少呢?超过 1500 美元 / W。这意味着用这些产品为一个 100W 的白炽灯供电的话,整个系统造价跟中型城市的二居室相差无几。

为了房子和为了灯泡搭上半辈子显然是不同的概念。所以,怎么给光伏电池找市场成了最大的问题。很快,他们找到了最大也是最理想的主顾 —— 美国政府。这一次,霍夫曼电子又发了一次 “战争财”。

时值冷战时期,苏联和美国在军事、科技方面角力不断。1957 年,全球第一颗卫星于苏联升空,这一壮举刺痛了美国人的神经,加紧了对人造卫星的研究。此时,霍夫曼电子已经将光伏电池的效率提高到了 8%。对于喜欢创新的美国人来说,难道还有什么其它更能体现科技含量么的卫星供电方式么?1958 年,美国探索者一号升空,这是全球第一颗使用太阳能电池的卫星,运行了 8 年的时间。此时,太阳能电池效率已经达到 9%。

1959 年,光伏电池效率达到 10%,经过改进,霍夫曼电子推出新的系统模型,使用大量的电池矩阵减少串联电阻的使用。探索者六号卫星使用了由 9600 块光伏电池组成的阵列,每个电池只有两平方厘米。1960 年,该公司又将电池转换效率提高到了 14%,这已经接近目前的水准了,但是成本要高得多。

写到这里,突然想到非常喜欢的一部电影:《绝世天劫》,我认为用里面总统的演讲联系霍夫曼电子做为这一期的总结再恰当不过了:

“我们正面临着非常可怕的挑战,圣经上称为是世界末日,一切事物的终结,然而这是第一次在星球的历史上,人类已掌握科学技术防止自身的毁灭,请你们大家为我们一起祈祷,我们必须懂得我们所能做的,避免这场灾难的,就是为我们人类的生存而战斗,人类渴望美好的生活,向科学攀登的每一步,每一次太空冒险,一切现代科技,甚至进行的战争,都给我们提供了对付灾难的武器,我们人类经历了历史的混沌、错误和过失,经历了所有的苦难,经历了时代的变迁,只有一种东西,他能纯洁我们的灵魂,激励人们,超越自己,那就是我们的勇气。”

“We are faced with the very gravest of challenges. The Bible calls this day 'armageddon' - the end of all things. And yet, for the first time in the history of the planet, a species has the technology to prevent its own extinction. All of you praying with us tonight need to know that everything that can be done to prevent this disaster is being called into service. The human thirst for excellence, knowledge; every step up the ladder of science; every adventurous reach into space; all of our combined technologies and imaginations; even the wars that we've fought have provided us the tools to wage this terrible battle. Through all of the chaos that is our history; through all of the wrong and the discord; through all of the pain and he suffering; through all of our times, there is one thing that nourishes our souls, and elevated our species above its origins, and that is our courage.”

文:曹宇


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