《华尔街日报》：房主福音——高颜值太阳能板即将问世

太阳能电池板能让住宅更环保，但也会让它们的外观大打折扣。

环境新闻出版商EcoWatch的一项调查显示，房主不安装太阳能电池板的一个重要原因是他们不喜欢太阳能电池板的外观，这个原因仅次于价格。

如今，研究人员和私营公司正在研究新的设计，这些设计可能会改变住宅太阳能的外观，并吸引更多人尝试这项技术。他们正在测试各种方案，从薄到可以像油漆一样涂抹的太阳能电池，到集成到织物中用作遮阳篷或帐篷的电池板，再到具有不同且更令人愉悦颜色的电池板。

“我们需要让更多人接受太阳能，”麻省理工学院实践建筑师兼建筑学教授希拉·肯尼迪说。“我们必须让它成为家庭生活中令人愉悦的日常部分，这将需要设计。这不仅仅是一个技术问题。”

根据美国国家可再生能源实验室(NREL)的数据，到2020年底，美国约有270万户家庭安装了标准硅光伏系统。

如今，这项技术可能对房主更具吸引力，因为最近的气候法案将现有的联邦住宅太阳能支出税收抵免延长至2032年，此外还有许多州提供的激励措施。

以下是新太阳能设计可以为人们在家中增加可再生能源提供的更多选择。

轻薄柔韧的科技

波兰公司Saule Technologies采用钙钛矿技术制造的轻薄柔性太阳能板。图片来源：janek skarzynski/法新社/盖蒂图片社最常见的住宅建筑系统使用由硅太阳能电池制成的蓝色或黑色面板——这些面板体积庞大且坚硬，制造过程能源密集，且易受供应链短缺影响。

如今，太阳能研究人员正在探索新材料，有望制造出薄至几纳米的太阳能板，并使其更具美观性。

最有前景的薄膜技术之一涉及钙钛矿，这是一种晶体结构可薄至半微米（比某些细菌还小）的矿物。这种超薄特性使得基于钙钛矿的太阳能电池可以制成柔性材料，甚至有一天能像油漆一样喷涂使用。

该技术在将阳光转化为电能方面表现极为出色。根据美国国家可再生能源实验室数据，钙钛矿技术仅发展二十年，在测试环境中光能转化效率已达25.7%。而研究人员钻研四十余年的硅基技术最高效率为26.7%。西北大学化学教授陈斌表示，根据当前研究，钙钛矿在未来几年有望实现33%的转化效率。

部分企业正在开发钙钛矿-硅叠层电池板（主要用于商业用途），这种产品利用现有生产工艺，外观与现有光伏太阳能板极为相似。

将钙钛矿材料融入柔性基材或制成涂料需要新的制造工艺，目前仍处于研究阶段。但陈博士指出，这些技术有望实现极低生产成本和更高环保性，多家企业正致力于钙钛矿商业化应用，这或将大幅降低其成本。

未来，发电功能或将直接嵌入建筑结构——通过集成在天窗、外墙覆层、阳台栏杆、凉棚及遮阳系统中的太阳能电池实现。美国国家可再生能源实验室科学家戴维·T·摩尔表示，钙钛矿还可能推动发电窗（能将阳光转化为电能的玻璃窗）的普及。他指出，现有发电窗制造工艺会导致玻璃着色，虽然某些应用场景可以接受，但钙钛矿能实现超薄透明形态，更接近普通窗户的视觉效果。

目前量子点等微型半导体及有机材料薄膜技术也在研究中，但由于效率较低，这些太阳能技术尚未获得与钙钛矿同等的关注度。而钙钛矿自身也面临重大挑战：现行光伏技术已在真实环境中历经长期性能验证。

“这是商业化面临的主要障碍，“摩尔博士坦言，“消费者会愿意冒险选择耐久性存疑的产品吗？”

太阳能屋顶

在建筑一体化技术中，发展最成熟的是太阳能瓦片——这种专为屋顶设计的产品能完美模拟传统瓦片外观。

特斯拉于2017年在美国开始销售由这种太阳能瓦片制成的太阳能屋顶，其他公司最近也加入了这一行列，提供了从纯黑瓷砖到陶土外观等多种选择。

建造太阳能瓦屋顶通常比安装太阳能板更昂贵，主要是因为安装过程更为复杂，每栋房屋的成本因屋顶形状、天窗等障碍物以及瓦片品牌等因素而异。

德国太阳能瓦制造商paXos Consulting & Engineering的董事总经理Peter Hakenberg表示，使用该公司太阳能瓦的屋顶成本可能是普通屋顶的两倍，比在普通屋顶上安装传统光伏板高出20%。因此，Hakenberg先生认为，太阳能瓦可能更适合那些需要更换屋顶或建造新房屋的人。

他补充说，虽然大多数客户希望做正确的事并使用可再生能源，但选择往往归结为美观。

“他们不想让自己的家变得丑陋，”他说，“就这么简单。”

太阳能织物

Pvilion的太阳能帆，织物中嵌有太阳能电池。照片：Pvilion虽然太阳能板通常安装在永久性的刚性结构上，但它们也可以嵌入到织物中，用于格子架、遮阳篷和车棚等结构，使它们不那么显眼。

“任何织物都是发电的机会，”Pvilion的联合创始人兼首席执行官Colin Touhey说。Pvilion是一家位于纽约布鲁克林的公司，生产柔性光伏太阳能结构。

Pvilion公司的产品采用标准硅太阳能电池，但通过层压工艺将其集成到织物中。公司负责人托希表示，这种复合材料比大多数太阳能板更具韧性，同时能提供相近的转换效率。

太阳能帐篷等可移动结构能让人们根据需要扩大太阳能利用规模，将设备移至阳光充足区域，或在日照充沛的季节提高使用频率。托希透露，目前Pvilion主要与需要在大型空间搭建遮阳棚和庇护所的企业合作，但也不断收到个人业主的咨询。一款适用于住宅的12×10英尺太阳能遮阳篷现售价约8000美元，批量采购可享折扣。

多彩光伏板

将太阳能板从传统的黑/深蓝色调拓展为更丰富美观的选项存在技术挑战——早期试验中，新型色彩会使转换效率降低约50%。

科学家们正在研发新方案。上海交通大学开发的喷涂技术中，研究人员将纳米粒子材料喷涂在太阳能电池上，使其呈现蓝、绿、紫色调，同时仅造成约5%的效率损失。项目参与者、上海交大工程学助理教授陶马表示，该技术可兼容现有太阳能电池生产线。

纽约大学工程学教授安德烈·泰勒领导的团队则采用染料分子技术，能制造蓝绿至紫红色调的光伏板，其功率转换效率无明显衰减。泰勒教授指出虽需进一步研究降低成本，但市场兴趣显著：“人们既追求美观多彩的外观，也期望获得可观的能量产出。”

从地面开始

在道路上安装太阳能电池板的实验大多被证明成本高昂且效率低下。但一些公司认为，他们可以在更小的规模上实现这一想法：在车道或露台等地面区域安装太阳能。

“现在在非理想位置安装太阳能已经足够便宜，”达拉斯太阳能公司Solar Hardscapes的联合创始人乔·拜尔斯说，该公司生产太阳能铺路砖。

Solar Hardscapes使用一种聚合物涂层，使铺路砖看起来像典型的石头或混凝土。这种涂层还意味着这些标准硅太阳能电池板可以承受卡车行驶和停放在上面。该公司提供两种电池板：50瓦版本售价125美元，100瓦版本售价250美元。

这项技术不如屋顶太阳能强大。与屋顶太阳能相比，聚合物涂层会降低5%的效率，而安装在地面可能会再降低10%到15%。这可能不足以为一个大家庭提供所有电力，但即使是有限的太阳能铺路砖部分也可以产生电力，用于融化人行道上的积雪或为户外照明供电。

“每项技术都对实现我们的清洁能源生产目标有累积效应，”拜尔斯先生说。

斯诺女士是洛杉矶的作家。发送邮件至[email protected]。

刊登于2022年11月14日印刷版，标题为《房主福音：真正美观的太阳能电池板即将到来》。