《華爾街日報》：房主福音——高顏值太陽能板即將問世

太陽能電池板能讓住宅更環保，但也會讓它們的外觀大打折扣。

環境新聞出版商EcoWatch的一項調查顯示，房主不安裝太陽能電池板的一個重要原因是他們不喜歡太陽能電池板的外觀，這個原因僅次於價格。

如今，研究人員和私營公司正在研究新的設計，這些設計可能會改變住宅太陽能的外觀，並吸引更多人嘗試這項技術。他們正在測試各種方案，從薄到可以像油漆一樣塗抹的太陽能電池，到集成到織物中用作遮陽篷或帳篷的電池板，再到具有不同且更令人愉悦顏色的電池板。

“我們需要讓更多人接受太陽能，”麻省理工學院實踐建築師兼建築學教授希拉·肯尼迪説。“我們必須讓它成為家庭生活中令人愉悦的日常部分，這將需要設計。這不僅僅是一個技術問題。”

根據美國國家可再生能源實驗室(NREL)的數據，到2020年底，美國約有270萬户家庭安裝了標準硅光伏系統。

如今，這項技術可能對房主更具吸引力，因為最近的氣候法案將現有的聯邦住宅太陽能支出税收抵免延長至2032年，此外還有許多州提供的激勵措施。

以下是新太陽能設計可以為人們在家中增加可再生能源提供的更多選擇。

輕薄柔韌的科技

波蘭公司Saule Technologies採用鈣鈦礦技術製造的輕薄柔性太陽能板。圖片來源：janek skarzynski/法新社/蓋蒂圖片社最常見的住宅建築系統使用由硅太陽能電池製成的藍色或黑色面板——這些面板體積龐大且堅硬，製造過程能源密集，且易受供應鏈短缺影響。

如今，太陽能研究人員正在探索新材料，有望製造出薄至幾納米的太陽能板，並使其更具美觀性。

最有前景的薄膜技術之一涉及鈣鈦礦，這是一種晶體結構可薄至半微米（比某些細菌還小）的礦物。這種超薄特性使得基於鈣鈦礦的太陽能電池可以製成柔性材料，甚至有一天能像油漆一樣噴塗使用。

該技術在將陽光轉化為電能方面表現極為出色。根據美國國家可再生能源實驗室數據，鈣鈦礦技術僅發展二十年，在測試環境中光能轉化效率已達25.7%。而研究人員鑽研四十餘年的硅基技術最高效率為26.7%。西北大學化學教授陳斌表示，根據當前研究，鈣鈦礦在未來幾年有望實現33%的轉化效率。

部分企業正在開發鈣鈦礦-硅疊層電池板（主要用於商業用途），這種產品利用現有生產工藝，外觀與現有光伏太陽能板極為相似。

將鈣鈦礦材料融入柔性基材或製成塗料需要新的製造工藝，目前仍處於研究階段。但陳博士指出，這些技術有望實現極低生產成本和更高環保性，多家企業正致力於鈣鈦礦商業化應用，這或將大幅降低其成本。

未來，發電功能或將直接嵌入建築結構——通過集成在天窗、外牆覆層、陽台欄杆、涼棚及遮陽系統中的太陽能電池實現。美國國家可再生能源實驗室科學家戴維·T·摩爾表示，鈣鈦礦還可能推動發電窗（能將陽光轉化為電能的玻璃窗）的普及。他指出，現有發電窗製造工藝會導致玻璃着色，雖然某些應用場景可以接受，但鈣鈦礦能實現超薄透明形態，更接近普通窗户的視覺效果。

目前量子點等微型半導體及有機材料薄膜技術也在研究中，但由於效率較低，這些太陽能技術尚未獲得與鈣鈦礦同等的關注度。而鈣鈦礦自身也面臨重大挑戰：現行光伏技術已在真實環境中歷經長期性能驗證。

“這是商業化面臨的主要障礙，“摩爾博士坦言，“消費者會願意冒險選擇耐久性存疑的產品嗎？”

太陽能屋頂

在建築一體化技術中，發展最成熟的是太陽能瓦片——這種專為屋頂設計的產品能完美模擬傳統瓦片外觀。

特斯拉於2017年在美國開始銷售由這種太陽能瓦片製成的太陽能屋頂，其他公司最近也加入了這一行列，提供了從純黑瓷磚到陶土外觀等多種選擇。

建造太陽能瓦屋頂通常比安裝太陽能板更昂貴，主要是因為安裝過程更為複雜，每棟房屋的成本因屋頂形狀、天窗等障礙物以及瓦片品牌等因素而異。

德國太陽能瓦製造商paXos Consulting & Engineering的董事總經理Peter Hakenberg表示，使用該公司太陽能瓦的屋頂成本可能是普通屋頂的兩倍，比在普通屋頂上安裝傳統光伏板高出20%。因此，Hakenberg先生認為，太陽能瓦可能更適合那些需要更換屋頂或建造新房屋的人。

他補充説，雖然大多數客户希望做正確的事並使用可再生能源，但選擇往往歸結為美觀。

“他們不想讓自己的家變得醜陋，”他説，“就這麼簡單。”

太陽能織物

Pvilion的太陽能帆，織物中嵌有太陽能電池。照片：Pvilion雖然太陽能板通常安裝在永久性的剛性結構上，但它們也可以嵌入到織物中，用於格子架、遮陽篷和車棚等結構，使它們不那麼顯眼。

“任何織物都是發電的機會，”Pvilion的聯合創始人兼首席執行官Colin Touhey説。Pvilion是一家位於紐約布魯克林的公司，生產柔性光伏太陽能結構。

Pvilion公司的產品採用標準硅太陽能電池，但通過層壓工藝將其集成到織物中。公司負責人託希表示，這種複合材料比大多數太陽能板更具韌性，同時能提供相近的轉換效率。

太陽能帳篷等可移動結構能讓人們根據需要擴大太陽能利用規模，將設備移至陽光充足區域，或在日照充沛的季節提高使用頻率。託希透露，目前Pvilion主要與需要在大型空間搭建遮陽棚和庇護所的企業合作，但也不斷收到個人業主的諮詢。一款適用於住宅的12×10英尺太陽能遮陽篷現售價約8000美元，批量採購可享折扣。

多彩光伏板

將太陽能板從傳統的黑/深藍色調拓展為更豐富美觀的選項存在技術挑戰——早期試驗中，新型色彩會使轉換效率降低約50%。

科學家們正在研發新方案。上海交通大學開發的噴塗技術中，研究人員將納米粒子材料噴塗在太陽能電池上，使其呈現藍、綠、紫色調，同時僅造成約5%的效率損失。項目參與者、上海交大工程學助理教授陶馬錶示，該技術可兼容現有太陽能電池生產線。

紐約大學工程學教授安德烈·泰勒領導的團隊則採用染料分子技術，能製造藍綠至紫紅色調的光伏板，其功率轉換效率無明顯衰減。泰勒教授指出雖需進一步研究降低成本，但市場興趣顯著：“人們既追求美觀多彩的外觀，也期望獲得可觀的能量產出。”

從地面開始

在道路上安裝太陽能電池板的實驗大多被證明成本高昂且效率低下。但一些公司認為，他們可以在更小的規模上實現這一想法：在車道或露台等地面區域安裝太陽能。

“現在在非理想位置安裝太陽能已經足夠便宜，”達拉斯太陽能公司Solar Hardscapes的聯合創始人喬·拜爾斯説，該公司生產太陽能鋪路磚。

Solar Hardscapes使用一種聚合物塗層，使鋪路磚看起來像典型的石頭或混凝土。這種塗層還意味着這些標準硅太陽能電池板可以承受卡車行駛和停放在上面。該公司提供兩種電池板：50瓦版本售價125美元，100瓦版本售價250美元。

這項技術不如屋頂太陽能強大。與屋頂太陽能相比，聚合物塗層會降低5%的效率，而安裝在地面可能會再降低10%到15%。這可能不足以為一個大家庭提供所有電力，但即使是有限的太陽能鋪路磚部分也可以產生電力，用於融化人行道上的積雪或為户外照明供電。

“每項技術都對實現我們的清潔能源生產目標有累積效應，”拜爾斯先生説。

斯諾女士是洛杉磯的作家。發送郵件至[email protected]。

刊登於2022年11月14日印刷版，標題為《房主福音：真正美觀的太陽能電池板即將到來》。