在太空，太阳能也能发电
话题专栏
人类文明发展至今，电能已经成为不可替代的能源。其他能源形式，大多会被转化为电能，然后再为我们所用。没有人打算买一台需要烧煤的电脑，人们需要的只是方便、干净、可以轻松转化，而且像自来水一样即需即得的能源。除了电能之外，在今天，我们并没有其他选择。
然而，我们现在所使用的电能，绝大部分还是来自于太阳能的多次转化。太阳让生物生长，地壳变动将史前的生物遗体深埋至地下，千百万年之后成为了煤和石油——它们是太阳能的遗迹。我们现在使用的能源中，除了核能、地热和潮汐能与太阳关系不算太大之外，其他的能源都可以归结到太阳上。
在最近的几十年中，煤和石油这样不可再生的化石能源的大量消耗和人们对环保的重视，让可再生环保能源产业越来越受到人们的重视。既然大部分能源都来自太阳能，为什么不直接利用太阳能发电呢？
直接利用太阳能的方式有很多，小时候我们都用放大镜聚焦阳光点燃过纸片，太阳能热水器也早就开始成为屋顶上的一景。传说阿基米德用磨光的盾牌组成了一面巨大的反射镜，点燃了敌人的木质战船。虽然这一传说并不是十分可信，然而最少证明了人们利用太阳能的努力早在公元前两百年就已经开始。
当然，太阳能热水器和太阳能发电并不是一回事。太阳能发热是吸收或者聚焦太阳的辐射热能，而太阳能发电利用的是阳光中光子携带的能量。这种光子发电的原理在19世纪30年代末被法国物理学家发现，几十年后人们终于找到了合适的材料。最适合的是半导体材料，其中代表性的元素是硅——我们的信息时代完全建立于其上，现在看起来我们的电能也要靠它了。
现在我们把这种由光生电的现象称为“光生伏特现象”，简称光伏。美国人在20世纪70年代开发出了光伏发电设备，然而成本和转化率一直是这种技术的心头之痛。数十美元一瓦的电力，只有那些没有其他选择的行业才有可能使用——例如给卫星供电。航天行业这么做已经快半个世纪了，但是在地面上，却因为成本太高而无法大规模推广。
现在我们的光伏发电设备，大概可以分为三类：单晶硅、多晶硅和薄膜电池。单晶硅是我们经常听到的一个名词，它是纯度相当高的巨大硅晶体，是现在的CPU和其他超大规模集成电路的基础。将单晶硅切割成薄片，在上面制作出微小的电池单元，并且连接导体，就可以制成一块直流光伏电池。现在单晶硅是转化率最高的光伏设备，能量转化率可以达到18%左右。多晶硅略差一些，平均在14%左右，而在基材上镀了薄薄一层光伏材料的薄膜电池，转化率几乎达不到10%。
既然转化率低，那么只能通过面积来弥补。光伏电站的占地面积巨大，地面的气候环境还会对光伏电厂造成影响，云层、沙尘都是光伏电厂的生产隐患。现在国内的兆瓦级光伏电厂每瓦电力成本应该在30元左右，其中地皮的成本就占了四分之一。
有些国家打算另辟蹊径，给太阳能发电找一个一劳永逸的方案。最近日本开始招标，打算花2万亿日元，建立一个太空发电站，以提供近30万户人家所需要的电能。这是个长期项目，预计要持续到2030年，总投资折合成美金超过200亿美元。
建立太空发电站不是什么新点子。早在1968年，美国航天工程师彼得·格拉泽就提出了空间太阳能发电的概念。他的设想和现在人们的计划几乎一模一样，在大气层外通过卫星收集太阳能发电，然后通过微波将能量无线传输回地面，并且重新转化成电能。
在上世纪70年代末，美国宇航局和能源部对这类计划进行了可行性研究，认为的确可行——除了成本以外。看起来这次日本打算接受这种代价高昂的方案了。16家日本企业将作为这个项目的承包商，在2015年左右先发射一颗小型卫星，如果可行的话，将在2030年左右把0.25平方公里的光伏电池送上太空，让其源源不断地把1000兆瓦的电能传回地球。
就目前来看，这将是历史上最贵的电能。然而，新事物首次出现时，往往是效率低下的、笨重的以及成本高昂的。也许数10年之后，太空太阳能电力将成为我们使用的主要能源，人们会把火力发电当成一个古老的生僻名词，就像我们很少意识到，仅仅在200年前，电只不过是一种博人一笑的小小魔术罢了。