科技前沿：怎样提高光伏发电效率？

今天我们从两个话题出发，为你提供知识服务。一是光伏龙头企业隆基股份公布年报，业绩大幅增长；二是美的推出“免预热烤箱”。

今天的第一条，是彭天放老师带来的硬科技报告。

最近，被称为“光伏茅”的隆基股份公布了2021年年报，全年营业收入为809亿元，同比增长48%，保持了近几年高增长的态势。不过，净利润的增幅比较小，同比只增长了8%。如果看毛利率的话，隆基股份2021年毛利率为20%，已经连续两年下降。据隆基股份披露，利润率下降，主要是因为原材料紧缺，铜铝等大宗商品涨价，产业链利润向上游转移。

消息就是这样，来看看能学到什么知识。

从隆基股份的年报我们可以看到，光伏市场规模仍然处于高增长阶段。但是，在原材料价格高企的情况下，光伏企业怎样降本增效、保住利润，这是光伏产业要实现长期发展面临的第一个难题。

此外，光伏产业想要在能源结构中占据更重要的位置，还需要解决第二个难题，就是提高发电效率。发电效率是指把太阳能转化成电能的比例。目前常用的光伏材料的发电效率不是很高，只有10%~15%。相比起来，火力发电用的燃气轮机发电效率可以达到40%以上。

如今，提高光伏发电的效率，已经成为全世界的科学团队展开激烈竞争的赛道，比如，在今年4月13日的《自然》杂志上，就同时刊登了两篇提高发电效率的论文。一篇是来自德国的研究团队，他们使用了一种叫“钙钛矿有机叠层”的新型电池，把发电效率提高到了24%。另一篇论文，来自美国麻省理工大学的研究团队，他们通过一个比较冷门的光伏领域——热光伏发电，把发电效率一下子提高到了将近40%。远远超过了普通光伏技术，很是让人惊讶。

下面，我们就向你重点汇报，这个热光伏发电究竟是个什么技术。

所谓热光伏，就是一种必须在特定的高温范围内工作的光伏电池，这个温度范围通常是在2000摄氏度上下。为什么必须在这么高的温度下工作呢？这是因为，热光伏电池的能量来源并不是太阳光，它甚至根本不需要在太阳底下工作。热光伏电池的直接能量来源，其实是它自身在高温下辐射的红外光。

这么说还是有点不太好理解，我在文稿里放了一张图，我们来仔细看一下它的结构。

这种热光伏电池看上去就像一个“三明治”。“三明治”的最上层叫做发射层，当发射层被加热到2000℃左右时，它就会像白炽灯的灯丝一样发射出光线。它完成的任务是：把外界的热能转化为了光能——只不过，这个光能主要是在肉眼不可见的红外波段。

“三明治”的中间层叫做热光伏层。它完成的任务是：吸收最上层发射的红外光来产生电能。这层的基本原理和普通的光伏电池吸收太阳光来发电是完全一样的。只不过，这个热光伏层每次只能吸收红外光里一些比较幸运的、能量高的光子。而大部分能量比较低的光子，会像照射玻璃一样直接穿透这一层。

听到这儿你肯定会问，既然只能吸收很少一部分光，那么，热光伏电池的效率为什么还比普通光伏电池高呢？

这就要说到“三明治”的最下面一层了。这一层叫做反射层，它的作用类似一面镜子，把中间层漏过来的光子们都给反射回去。这些反射的光，会再次穿过中间层，重新加热最上面的发射层。换句话说，那些刚才被中间层漏掉的光子，也没有被浪费掉，而是“回炉重造”了。它们等待着再一次被发射层发射出来。然后再次通过中间层，看看是不是会被“幸运地”转化成电能。这样反反复复下去，大多数的能量总有机会在某一次穿过中间层的时候，被转化成电能，整个电池的效率自然也就高了。

根据科学家们的推算，热光伏电池的这种三明治结构，理论上的最高转化效率可以达到50%。而这一次麻省理工学院的研究人员，通过选择合适的材料和加工工艺，让热光伏电池的实际发电效率达到了理论最高转化效率的80%，非常厉害。

说到这儿，我想带你复习一下《得到头条》第107期提到过的一个技术，叫光热发电。它的关键一步就是，通过汇聚太阳光来产生大量的热能。而我们这期节目讲的热光伏发电，主要解决的是，怎么高效地把热能转化成电能。

听到这里，你一定想到了，光热技术和热光伏技术，这一前一后不是刚好可以结合起来嘛？没错，这确实是未来热光伏技术的一个重要潜在应用。白天，用光热技术把太阳能转化热能，这些热能可以把盐给熔化掉，变成一坨炽热的“岩浆”；晚上，可以把热光伏电池贴到这些“岩浆”上，产生电能。

你看，这意味着什么？意味着，无论白天黑夜，我们都可以用上太阳能光伏的稳定供电，完全克服了光伏发电昼夜波动的缺陷，给光伏的应用打开了一个巨大的空间。

来看今天的第二条。

最近，美的推出了一款“免预热烤箱”，听名字你就会觉得有点意思。在我们的常识中，用烤箱得先预热，这好像是天经地义的事情。但是再想想，这个所谓的“常识”，其实是一个用户痛点。曾经有一项针对烤箱用户的调研，排在用户痛点前两位的就是烤制时间太长、预热时间太长。排在第三到第五的痛点是：无法达到外焦里嫩的效果、食材周围熟了中间还没熟、难以判断食材是否熟透。

那么，该怎么解决用户最大的痛点，也就是预热和烤制时间长的难题？之前业界的思路是，通过智能化方案提高加热效率，但效果不明显。最根本的解决办法，还是物理改善，也就是在加热管材料上想办法进行突破。原来的烤箱加热管是用金属材料，需要的加热时间很长；后来改用碳纤维材料，加热时间缩短了，但还是需要预热。而美的这次推出的“免预热烤箱”，采用的是目前的热门材料石墨烯作为加热管，据说可以做到在0.2秒之内瞬时升温到1300摄氏度，不用预热，同时大大缩短烘烤时间。

消息就是这样，来看看能学到什么知识。

在我们印象中，烤箱是那种几乎永远不变的产品，各家的烤箱外观看上去都差不多，功能也差不多，很难整出什么花样来。在很难对产品做出“颠覆性创新”的情况下，从用户的使用体验出发进行“微创新”，也是一个方法。除了前面说的“免预约”功能，我还想起两个对烤箱进行“微创新”的例子。

第一个案例是在电烤箱出现的早期，当时美国有家烤箱公司做用户调研，问他们的使用体验。结果有一个老太太提出：你们能不能研发一款能抓老鼠的烤箱？你看，这个需求是不是相当奇怪？很有可能，调研人员把这个需求当做一个无厘头的笑话直接略过去了。幸好他们没有，而是特别认真地追问这个老太太：为什么你想要一台能抓老鼠的烤箱？

老太太回答说，因为每次她烤完面包，都会招来老鼠吃掉下来的面包屑。调研人员恍然大悟：他们找到了用户痛点！当然不可能真的设计一款能抓老鼠的烤箱，而是，应该给烤箱加一个可以抽拉的托盘，这样面包屑就不会掉得到处都是。从那之后，托盘才成为烤箱的标配。

第二个案例是近几年国内的案例。你知道，海尔这些年一直在做智能家电，而且不仅仅是做一个“家电制造商”，而是希望建立用户的高黏性社区，让用户和品牌能够持续产生互动。但是像烤箱这种东西，买完以后除非出故障了，或者要换新的了，否则用户可能八百年都想不起品牌来。平时没事儿你会天天泡在你家烤箱品牌拉的社群里吗？

怎么改进烤箱功能，才能增加用户黏性呢？你可以想想，如果把这个任务交给你，你有哪些招？海尔当时找到著名的设计公司洛可可，洛可可对烤箱用户做了一轮深度调研。其中有个用户问：能不能在烤箱里装个摄像头？你看，这听起来又是一个无厘头的需求。

再一追问，这个用户说，他在玩滑板的时候，会装一个运动相机，这样就能拍到运动过程中的精彩镜头，以便分享到社交媒体。同样的，如果能在烤箱里装个摄像头，拍下食材在烤箱里变化的整个过程，再分享到社交媒体，肯定特别酷。

后来，海尔真的推出了这么一款烤箱，内嵌一枚耐高温摄像头，可以清晰地拍下蛋液沸腾、蛋糕膨胀、颜色变化等烘焙细节。把这些视频上传社交媒体，和原来只能放几张完成后的静态图片完全不同。你看，摄像头的成本也不算高，就这一个小改动，把烤箱从纯粹的家用电器变成了社交工具，这款烤箱也一下子大火，海尔想提高用户黏性的初衷也达到了。

说到这儿，我想起一本书，就叫《微创新》，它不是研究颠覆性的技术创新，而是讲怎么通过一套系统方法论，来对类似烤箱这样的成熟产品进行创新。这本书在得到听书和电子书都有，感兴趣的话你可以去翻翻。

聯系郵箱：0xniumao@gmail.com

科技前沿：怎样提高光伏发电效率？

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