中科院院士褚君浩：太阳能电池与新能源车的关系

能见App讯：第八届中国电池技术创新（上海）论坛暨充换电技术高峰论坛于8月23-24在上海举行。本次论坛的主题为“新能源、新技术、新模式”。中国科学院院士褚君浩先生发表讲话。

以下为发言全文：

各位专家，各位企业家，各位领导，我和大家交流一下新能源技术跟应用和发展趋势这样一个题目。主要四个方面，一个引言，第二个是职能化分布式能源系统，第三个是新能源的多元化利用，第四个是太阳能坚持技术向高端和广度发展。这个也是现在的一些发展的趋势，大概是这样三方面的趋势。

引言，就是说现在第一次工业革命是英国引领的，主要是蒸汽机。第二次工业革命是欧洲，德国、美国、法国，欧洲引领的。主要是电动机、发电机。现在国际上说，中国有可能会引领第三次工业革命，有这个说法。那么如果说是新工业革命，那么驱动力是什么？驱动力就是能源环境问题。现在雾霾的问题，这个熊，现在可以到北冰洋去旅游了，冰都化掉了。过去都是冰，熊在冰上打一个洞，鱼就游过来，它可以抓鱼吃。现在不能打洞了，都是水了，大熊吃小熊，有发现小熊的骨头。

这个图是南美洲冰雪的融化，变成一个景点。这个冰雪的融化，下面在那里的人都是，下面都是观众，这里变成一个景点。现在格陵兰岛冰雪融化，1992年是这样，2002年是这样，如果这点冰全部融化掉，海平面上升7.2米。华师大地理系的老师，我说你算算看，上升7.2米是什么情况？一算，就是左边这张图，蓝颜色的地方都进水了。我们上海地区的海平面大概就是2米左右，浦东只有1米左右。7.2米的话，上海大多数地方都在水里面。

所以现在人类认为，能源环境是人类面临的十个难题里面的两个。解决问题那就是发展低碳技术，低碳技术里面包括煤炭的高效利用，包括核能、太阳能、风能、生物质能，也包括去碳技术，把二氧化碳收集起来，然后把它埋起来。

所以现在工业革命里面，第一次是机械化，第二次是电气化，第三次是信息化，接下来我们的第四次的工业革命，很可能是信息化，就是智能化。它的特点是信息技术本身高度发展，而且和其他各类技术深度融合。所以新工业革命有这些特征，信息时代还要技术深化，发现跟发明多轨并行、交叉推动，信息技术跟多领域技术深度融合发展。智能化分布式能源系统跟新能源，还有智慧城市、机器人、智能制造等等。所以跟我们这个主题相结合的就是，智能化分布式能源系统和新能源的广泛利用。

那么智能化分布式能源系统，实际上包括到大规模间歇式的电源并网技术，大规模多能互补发电技术，大容量快速储能技术，包括分布式电源的接入技术，大规模光伏的并网逆变设备等等一系列的东西。其中一个非常重要的思想就是能源互联网。

能源互联网这个思想就是里夫金提出来的，他写了一本书，《第三次工业革命》。这本书里面把能源互联网看成是新经济系统的五大支柱，能源结构转型、就地收集能源、就地存储能源、能源互联网、电动运输工具，那就是电动汽车。所以这是当前新工业革命非常重要的组成部分，能源怎么样结构改变、使用方式的改变。能源互联网是其中一个非常重要的思想。

能源互联网，联什么东西？联能量、能源，联能源的生产者，联能源的消费者，联分布式能源的生产、分布式能源的消费者。它将来实现的情况就是，分布化的、小型化的、智能化的、低成本化的、安全、可靠、鲁棒、开放平台，能源互联网可以让亿万人在自己的家里面、办公室里面、工厂里生产绿色可再生能源，然后可以把这些能源进行存储，并用绿色电力为自己的楼房、机器、汽车供电，多余的电力跟其他人分享，再多余的就网上去联系。所以它是就地收集就地存储就地使用。

它就构成了一种微电网，把风力发电、光伏发电、小型储能，把它变成一个电网，比如我们这个大楼可以变成一个电网，我们这个大楼里面发电，可以发电机，不够了，我可以跟隔壁的小区发生联系。隔壁的再不够了，我可以跟那边的科技馆发生联系。等大家都不够了，才跟总的电网去发生联系。所以到了一家人家、一个小区，都可以是这样。

最近特斯拉又提出了一个能源箱的概念，把能源做成一个像墙一样的东西，可以达到6.4个千瓦时的容量。它挂在墙上，这个电谁来给它充？可以是电网里面给它充，可以是太阳能电池给它充，主要是可再生能源给它充。一个家庭里面可以多个，做在墙上，又美观又好看，让一个家里面构成这样一个小的结构。这个也算了大概要用多少电，能源墙大概要多少，容量要多少，算了一个这样的东西。

所以将来这个信息互联网跟能源互联网是两个并行的网，在我们边上一个是信息互联网，一个是能源互联网。它们有些对等的关系。

比如我们这个电能就相当于数据跟信息，发电站就相当于网站，储能装置相当于服务器，信息路由器相当于能量路由器，结构是这样一个东西。所以将来能源互联网里面的能源路由器是一个非常大的产业，它要解决什么问题？它要把柔性的直流输电技术、储能技术、电力电子控制技术和数据中心的智能信息处理技术结合起来。现在能源路由器，有些公司已经在考虑了，但是只是初步的。将来它怎么更好的功能的发展、拓展，起到这样的作用，会越来越发展。

这个方面等一下清华大学的何教授还会专门讲能源互联网这个问题，后面大家听他这方面的介绍。

第三个是新能源的多元化利用。现在新能源还比较贵，最近又降价了，最近据说这个太阳能组件，三块钱，本来三块七，现在三块钱。现在常规的电源价格不断的提升，我们的电力，传统的，不断提升。太阳能电池的价格不断在下降。什么时候它们差不多？这张图是前两年的图，估计是2015年，现在2015年还是没有达到，现在还是贵。现在估计还有两三年它的价格就会下来。因为太阳能，常州天河光能，他们认为他们的价格还可以降一半，成本还可以降一半。所以将来到一定的时候，可再生能源，太阳能的价格就会跟常规的普通的电池价格会接近。

它的利用会更大的开展，利用是主要几个方面，一个是集中式的大规模的电站，一个是分布式的，一个是农村电气化，一个是通讯、工业应用，还有一个是其他方面的应用。大规模的现在造了好多，当然造的有些也不合理，造得太远了，附近没得用，要送出来成本又很高。现在也在调整。大规模的造了以后又出现新的问题，这个上面脏了怎么办？所以现在考虑造机器人，清洗机器人。还有里面出了问题怎么办？除了智能化的控制以外，非常重要的一个是监测，用红外航拍，把红外照相机放在这个下面，这样它飞一下就可以知道哪块板坏掉哪块板怎么样。

现在除了集中式的以外，要大力发展分布式。我们中国的屋顶光伏安装的潜力，有四亿千瓦以上。所以接下来我们很大一段时间精力会放在分布式的应用上。分布式也就是每个家庭每个小区用，在单位在工厂进行。它跟储能、太阳能，跟用电器负载，构成这样一个使用的结构。将来会出现这种情况，现在中国还没有这种情况，这个是英国的一个地方。

英国的能源部长说，你们退休的人，不要去买保险，你们与其买保险不如在家里做个电站。什么道理？电站便宜，一瓦，组件只有三块钱，加上边上的框框安装，七块钱就够了。算一下五到六年就可以回收，这个组件可以用二十五年，那么你的投入五年就回收了，后面二十年等于是家里有一个小工厂。

当然现在分布式也有种类，我们有主题馆，世界最大的，现在最大的屋顶是上汽的大众4厂的屋顶，全世界最大，示范作用很好。但是跑到家里面用，过去有问题，这个是电力学员的教授，他家里做了个电站，他自己用，多的送到网里面去。但是送到网里面去，这个电表还在那里转。所以越是送进去多越要交钱，交了多少钱？2011年2月22号新民晚报，他交了五千块钱，因为他把电送进网里面去。后来他们家里装了两个表，一个是算用了多少钱，还有一个是算送了多少电进去。但是抄表工不管，这个电表一减，300度，那个电表一减200度，加起来问他要500度电的钱。

但是后来这个情况又变了，他说这个问题解决了，很方便。现在只要到电力局去填张表，我的同事家里也有做的，他做的比较高级，10块钱左右的。最近又降价了，价格可能更便宜。所以分布式的项目利用会很快的发展。

我那时候当全国人大代表，国家能源局叫我去开会，报纸上也登。这也是来采访我的。

现在还有光伏扶贫，过去把扶贫的钱，把钱拿下来，结果中间挪用掉了。后来扶贫，干脆帮你做电站。有一个地方做电站，做的结构很好，三天下来就收入四十多块钱。光伏扶贫这个概念。你自己用电，用了以后多下来的送进去，三天收入40块。如果自己省点，晚上早点睡觉，可能还会省得多。现在还有光伏太阳能农电，下面种萝卜青菜，上面放电池。光伏农业。灌溉，其他的利用，都会发展。还有航天、交通，岛上面，好多用处。还有这个太阳能汽车，比如奥迪A6，太阳能天窗，太阳能与氢气混合动力车，太阳能塞车，太阳能电瓶车现在很多了，公园里面园林里面，太阳能电瓶车有很多。世博会的时候也有这个车，这个是比较初级的，现在太阳能汽车已经又开始往上面在发展。

这个是荷兰，他们一个大学里面的学霸研究团队，7月份发布其最新研究成果，续航里程一千多公里，家庭型四座太阳能汽车，表面积蛮大的。它的核心就是电池的效率要提高，如果我们的效率可以到30%，那就可以用了。现在我们30%的那种电池是卫星上面用的，30%左右的电池，很贵的。汽车上面将来要做，要便宜一点的，但是效率也要高的，如果这个技术能够突破，那么太阳能电池在上面，下面是电池堆储能。现在车子停在外面就可以储电。将来这也一个方面。一方面提升电池本身的性能，另外我们的充电的方式，除了我停下来去充传统的电，我还可以太阳能随时随地充电，这也是一种模式。这就要求太阳能效率要比较高。

所以太阳能充电林，这上面都是太阳能坚持，充电器在下面给汽车充电。这都是设想的事情。高效率薄膜太阳能电池用在飞艇上，用在飞机上，这个飞机已经绕地球一圈了。这个是2005年他们到北京来申请许可证，2004年的许可2005年飞的，2005年没飞成功，飞到旧金山，从欧洲到土耳其，土耳其到重庆，重庆到南京，从南京想飞到夏威夷，中途要飞五天五夜，结果中途电池出问题，在日本停下去，然后又飞，飞到夏威夷，又不能飞了。最近他们成功了，构成了绕地球一圈的回路。太阳能飞机将来还是，象征意义比较大一点，但是太阳能驱动飞机，现在用太阳能驱动汽车，这个可能性应该很大。太阳能飞机是象征性的，而太阳能汽车对电池充电，这个是可以实现的。

第四个方面，技术方面。太阳能电池的技术就是向高端和深度发展。它是一个p-n结构。现在有三类，一类是第一代硅基的，第二代是薄膜电池，第三代是新电池。将来这三代电池不是第二代把第一代吃掉，第三代把第二代吃掉，而是互补。就像你有衣服，有上装也要有裤子。晶硅电池现在是主导，中国的晶硅电池全世界第一，世界纪录好多都是天河创造的，天河光能。这是他们的世界记录，21.25%，22.13%，所以现在的效率已经到21%、22%了。下一步的目标就是25%，现在中国的晶硅电池都在走向25%，一种新结构就是HIT，目标就是25%。如果25%的效率，用到汽车上面，可能性就大了。当然，最终的目标是希望达到30%，也在做。因为有一篇文章，基础研究，你不要看基础研究没用，这篇文章，原来电池效率只有14%，多晶硅的，撒了一层纳米的硅上去，效率变21%了。所以现在就提出一个思想，在晶硅电池上面再做一个叠层电池，把效率搞到30%，这是现在实验室跟企业界都想做成的事情。效率30%，叠层电池，下面的底不是玻璃，是晶硅电池。上面再加一个电池或者两个电池，结层电池。如果30%的效率做出来了，那我们汽车对电池充电的可能性就更大了。这是现在的一个趋势。

第二个就是薄膜电池，薄膜电池主要是铜铟镓锡、碲化镉。非晶硅、碲化镉、铜铟镓锡。薄膜电池可以做到多级，我们可以做到12%左右，12%也不高，但是材料便宜。这也是一个方向。另外就是铜铟镓锡、碲化镉，做得最好的现在是碲化镉。碲化镉跟铜铟镓锡的特点是材料用得很少，很薄一层，但是吸收系数大，不像硅的吸收系数小。比如碲化镉，龙炎，这个幕墙做的。这是太阳能中心做的中试线。现在效率是21.5%，在技术上还不断的提升。它的效率，这个是中建材他们做的，他们2015年15.5%，2016年4月份17.81%，也是做得很好的。他们的组件，现在14.1%，12.1%是边上的面积都算的。真正的电池本身的效率14.1%。所以这个也是不错的。这个是中建材他们做的幕墙。

还有就是柔性衬底的碲化镉，发展也很快。柔性衬底现在最好的可以做到16.2%。有好多工作碲化镉也在进行。铜铟镓锡，因为没有镉，所以现在也是非常热门。现在好多地方都在做铜铟镓锡，国际上可以做柔性的，这个柔性的有什么好处？放在汽车上，帐篷上，都很容易用。可以弯的，柔性的。发展得很快，现在可以到20.4%。尤其是现在的ZSW，他们的记录21.7%。最近汉能买了德国的东西，最近也搞了大电站，多少个电站，400兆瓦还是多少，而且在考虑跟汽车的结合。都在科学上解决一些问题，这是汉能他们的规划。

跟建筑相结合，跟汽车相结合，薄膜电池多种应用很有希望。现在还做新的电池，铜锌锡硫，又偏移又好。

第三个就是新电池，宽光谱、染料敏化、钙钛矿结构，等等，这些电池哪些能用？现在还在实验室里面。宽光谱就是太阳光里面很多波段都利用起来，效率就高了。硅基电池本身效率可以到20%左右，再加上一个极，利用不同的光，硅基电池吸收一个太阳光的波段，没有吸收的波段用另外的p-n结构的电池来吸收它。染料敏化电池是一种新电池，非常非常便宜，有颜色，做得很分辨。最近硅酸盐所他们做得很好，就做染料敏化电池，它太阳光比较弱的时候也发电，效率不高，他们大概做到可以达到9%的效率，但是阴天也发电，太阳光弱一点也发电。而且它主要是颜色比较漂亮，染料敏化电池很漂亮，可以丰富的多应用，不同的场景都可以应用。可以做成不同的颜色，这是上海硅酸盐所的生产线，最近转化了，它的技术转化给一家公司，深圳一家公司。就是实现科研成果的转化，从实验室出来最后转化。他们做了一个示范，就是做在墙上。硅酸盐所有一个大楼，墙上都是染料敏化电池，可以发电，提供照明，给楼里面用。这也是新电池应用的一个例子。现在技术水平不断的在提高。

还有钙钛矿电池，是从染料敏化电池发展过来的。它的特点是非常便宜，效率很高，现在做到20%了，小面积的。缺点是稳定性不好，衰减得很厉害。现在都在研究怎么改善它的稳定性。尤其是它可以用印刷的方法来做，很便宜。这个设备就这么大，放在上面就可以做成电池，这么一块一块的电池做出来，效率10%，大概12%、13%左右。它的文章发在Science上的。很便宜，现在大家都在拼命的提高储能电池的技术水平、新能源的技术水平。当然，要跟科学相结合，产学研结合，解决里面的一些科学问题。

现在全世界掀起一个高效低成本太阳能技术热潮，这里一个图就是一个新电池。就拿储能电池来说，现在不同的电极材料，不同的新的结构，都在考虑，要解决它的容量、寿命、充放电的时间等等关键的问题。用太阳能电池来说，国际上也开过会，用阳光驱动世界，当时是化学学会，五个国家的化学学会，中国、美国、日本、德国、英国，每个国家派一个队伍去讨论这个问题。我去参加，做一个报告，一个小时，一个半天就讨论这个，一共五个报告，每个报告是一个小时，半天都讨论这个事情。现在全世界都在关心新能源的利用，我们现在改变我们的能源环境问题，尤其是把新能源和我们的交通工具结合起来，在里夫金的书里面，电动交通工具是作为五个方面的一大方面。所以我们现在新能源汽车非常热门，也出台了好多政策。上海的牌照，八万块钱，这张铁皮，是全世界最贵的铁皮，还拍不到。有的人拍了三个月四个月五个月，还拍不到。但是我们新能源汽车，上海就是不要拍，送给你牌照，鼓励新能源汽车。

所以现在新能源汽车还有点问题，但是这些问题一点点解决，用新能源汽车的人会越来越多。将来这个马路肯定会改观，无论汽车，新能源汽车，一定会改观。就像过去马路上跑的是马，马车，后来马路上跑的一大半是自行车，少数的汽车，现在马路上自行车看不到，跑的都是汽油车子。再过五年十年，马路上跑的三分之二应该是电动车。所以电动车这个是非常大的广泛的应用。而且这个三分之二里面，我相信会有相当大的一部分是用太阳能充电的电瓶车。

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