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陈应天篇(1):陈应天教授大幅降低太阳能热发电成本
下面将简要地介绍一下陈应天教授所开拓的能大幅度降低太阳能热发电成本，能和火力发电相竞争的新的技术路线。
一. 已在发展“理念”上弄清楚光伏发电技术和热发电技术孰优孰劣的辩证关系。
国内外均有不少人反对发展热发电。理由是：从技术发展的“潜力”来看，光伏发电比热发电有潜在的更高的光电转化率，热发电要由光能转为热能再转为电能。虽然当前光能转为热能的效率高达80%，热能转为电能的效率是30%，二者相乘是24%，高于市场已有充分供应的效率为22%的硅光电池。但从发展前景来看，光伏发电近期就可能有较大幅度的效率的提高，已有许多新技术充分展现出这一发展前景。德国将在撒哈拉大沙漠部署的槽式热发电技术，所要求的上网电价是0.20欧元/度电；陈应天教授所开拓的“4倍聚光+跟踪”的技术，已将可接受的上网电价，下降到1.09元/度电。两者相差一倍！
但我国仍需大力发展热发电技术。
原因是：1）热发电技术不仅可用来发电，还能供热，如何用太阳能供热，取代工农业大量使用的煤供热，是节能减排技术待解决的大问题。2）太阳能热发电不仅可获清洁、有一定经济效益的电力，它还伴生大量低中温废热，能大幅度降低海水或盐湖淡化的成本，在有需要电热联供地区和某些工农业，这一技术将能发挥重大作用。3）太阳能发电的“间隙性”，是各种太阳能发电技术均存在的重大弱点，但热发电却有可能通过“储热”，大幅度缓解、甚而完全解决“间隙性”困难，而一旦完全解决了“间隙性”困难，太阳能热电站还能充当“调峰”电站。4）太阳能发电的重要发展方向之一，可利用“分光”技术，对适用于“光伏发电”波段，适用于“热发电”的波段，分别加以利用，这将大幅度提高发电效率。5）我国是发展中的大国，我国有复杂的地形、气候，……不同地区会有不同的需求。6)重要的是：现在世界上所竭力“推崇”的三种技术路线，“槽式”、“塔式”和“碟式”，均有严重弱点，均有大幅度改进的余地。
陈应天教授已提出克服这些重大弱点的一系列的技术理念和技术措施。这些理念的实现，将能将现有槽式发电成本，从人民币2.0元/度下降到0.8~1.0元/度电，随着这些理念和措施的产业化和规模化，也能将太阳能热发电成本下降到和火力发电相竞争的水平。
下面将简略地介绍陈应天教授等人所提出的太阳能热发电的新的理念和可能采取的措施。
二. 槽式发电的原理是：利用柱形抛物面反光镜将阳光聚焦在长达几公里~12公里的柱形吸热管上，最后转化为水蒸汽推动涡轮机组发电。
槽式电站的优点是结构简单，只需南北跟踪，东西不跟踪。缺点是，聚光比较低，余弦损失较大，可高达30%，热交换损失也较大，可高达10%~20%，吸热管的温度较低，系统的综合效率也较低。但是，这一系统的突出优点是：比较容易产业化，而且正在大规模实现产业化。
我国推进槽式发电技术，有一个特殊困难。在槽式发电技术中，将不得不用到能经受400~500度高温，长达几十米或100米的钢管和保温用的真空管。这一难题仅在以色列获得解决！世界各国均向以色列采购，供不应求。但以色列拒绝转让技术，也拒绝向中国供应。所以国内一些专家转而研究其它技术，如碟式或塔式发电技术。但“塔式”或“碟式”的结构特别复杂，技术要求也高，大规模产业化有很大困难。
三. 陈应天教授倡议用结构完全相同的，“陈式定日镜+小塔支撑的集热面”，来克服“槽式”电站所固有的困难。
陈式定日镜的照片
四. 陈式定日镜的特点是：不论太阳自晨至晚，从冬到夏，这一定日镜能自动地在时间、空间分布上较均匀地将太阳光反射到某一由“小塔”所支撑的某一“集热面”上。
这一新设计一方面继承和吸收了“塔式”、“碟式”热发电技术中的“点聚焦”集热技术，有比“槽式”热发电的“柱聚焦”，有较小的余弦损失，有更高的集热量、集热温度、更高的热电转化效率；但同时又保留了“槽式”热发电技术结构单纯，易于规模化、产业化等优点。因为只要将一座座“小塔”，重复连接成十几公里的“多塔”，就能构建功率达1兆瓦、10兆瓦，甚而100兆瓦的太阳能热电站。至于定日镜，就只需要“克隆”，实际上也就是在陈应天教授所发明的“太阳炉炼硅”技术里用到的定日镜，而且也正在走向产业化。全部结构所用部件均是当前中国技术条件下可以实现大规模产业化的技术。所以，它的单位功率的造价，就完全可能比现在德国使用的槽式电站发电成本至少下降30%~40%。
陈应天教授在这一试验中所获得的突出的成就是，已做到其定日镜的造价为1200元/m2，能抗12级大风，而且还有价格下降的空间！至于“小塔”，由于它的集热面较小，塔身较矮，抗风根本不成为问题。显然，这些技术为我国太阳能热发电技术的提前产业化，开阔了新途径。尤其是，这一技术完全是我国自己创新，自主研发，并拥有完全自主知识产权的新技术。
五. 为进一步降低太阳能热发电成本，陈应天教授等人还提出了“两步走”升温的新理念。
能源有高品位和低品位之分。凡较易转化为电能的为高品位能源，较难转化为电能的为低品位能源。我国是“以煤为主”的国家。正如已故工程热物理所所长吴仲华院士所指出：利用热能的基本准则，是“温度对口，梯级利用”。否则将出现“大浪费”。高品位的煤，承担着低品位的职能；可发电的“煤”，却用作室温为23~27度的供暖。
其实，不仅在室内供暖，在各种工业锅炉供暖、供气，甚而在火力发电机组发电过程中，也存在着上述“大浪费”。发电机组往往用“煤”从加热冷水开始，逐步加温产生高温高压水蒸汽。但“加热冷水”完全可用各种低品位的热能来取代！或者说，在热能利用问题上，要“温度对口，优质优用，梯级加热，梯级利用”。
太阳能供热当然也应发展“两步走”的升温技术。第一步利用价廉、技术较简单，但温度和品位较低的太阳能，将水加温成为160~200度中低温的水蒸汽。第二步利用技术较复杂，成本也相对较高的“定日镜+集热面+小塔”装置，将低品位的中低温的水蒸汽，继续升温加热到发电机组所需高温高压的水蒸汽，推动涡轮机组发电。
水的比热约为1cal/gm·0C，水蒸汽的比热约为0.5cal/gm·0C，液态水转化为气态蒸汽吸收的“相变”热，高达540cal之多。所以，在“两步走”的太阳能集热装置的设计中，其“第一步”由冷水加温到160~2000C的水蒸汽，所收集的太阳能将占到全部热量的70~80%；“第二步”升温所及收高品位的太阳能，仅占全部热量的20~30%。
由于“第一步”吸收的热量，是占全部热量的70%~80%，廉价而品位较低的太阳能；“第二步”吸收的热量，是成本较高，品位也较高，但仅占全部热量的20~30%的太阳能；这一“两步走”的升温技术，将大幅度降低太阳能热发电技术的集热成本。
六. 上述“设想”，已付诸实践。陈应天已在他研发的4倍聚光光伏发电装置基础上，进一步扩展为5倍聚光集热太阳能中低温蒸汽发生器。下面是5倍聚光集热太阳能中低温蒸汽发生器的样机：
此装置的供热功率是60KW，集热面积是190m2。由此易算出每平方米热功率为300W/m2，而且此太阳能蒸汽发生器的供热成本是0.10元/度热。与此对比的是：我国由清华大学所研发的真空管集热的太阳能热水器供热成本是0.25元/度热，欧洲生产的热水器是0.9元/度热。如以此蒸汽发生器的使用寿命为15年的假定和煤供热锅炉做一对比，这一供热成本约相当于500元/吨煤的价格。
下面是现有国产太阳能热水器和陈应天所设计的太阳能蒸汽发生器性能和用途的一个比较的简表：
七. 一个有兴趣的问题是，为什么这一蒸汽发生器能做到低成本、高效益？
1）由于这是5倍聚光，其加热升温时间，将比1倍加热缩短3~4倍，其加热过程中的热损失，也将减少2~3倍。
2）可用技术上远为简单，成本也远为低廉的“低倍聚光+跟踪”技术，这一“低倍聚光+跟踪”技术的各部件，已在“4倍聚光光伏发电装置”的研发中获得成功，而且也已成熟。
3）所追求的目标是中低温供热，而不是高温供热。因而可和太阳能热水器用相同的廉价的集热、储热、传热材料，可大幅度降低供热成本和占地面积。
4）这一蒸汽发生器用了先进导热技术，相变导热管，或又称为动力导热管。由于这是一种廉价、高效，被称为热领域里的“超导”导热技术，因而此蒸汽发生器供热效率较高、结构紧凑、成本低廉。
注意到当前工农业以及日常生活应用领域所用到的供热技术，大多是中低温供热，所以这一价廉物美的供热技术，不仅能为“两步走”的太阳能热发电的升温技术，起重要作用，而且还有极为宽阔的应用前景，能为节能减排起重大作用。
八. 陈应天教授已研发出，可放置在屋顶上，同时“供热+供电”的转盘。其设计指标如下：光热为10kW、光电为2kW、供热面积为140m2、屋顶载重为30 kg/m2，可提供包括空调、采暖、风扇、电视、炊事、电脑、洗澡等在内全部用电、用热能、用蒸汽和热水。
为解决储热问题，还研发出“鹅卵石+导热油”的廉价储热罐，体积为4 m×2.5m×2.5m，可调节4000m2的供热面积。
九. 陈应天教授还注意到国外“槽式”电站发电成本居高不下的另一重要原因，——在大多设计中，其传热介质，或者用到价格十分昂贵的硅基导热油，或者用到腐蚀作用较强、价格也相当昂贵的硝基熔盐。陈应天认为上述昂贵的高温导热介质，完全能用价格十分低廉，处于高压状态的水，或高密度的水蒸汽所取代，这又将进一步大幅度降低热发电技术中的传热成本。
当然，国外“槽式”电站的倡议者，并不是技术上的“盲人”，他们所以选择价格较昂贵的导热材料，其“潜台词”是希望一举而同时解决高温储热和连续供热问题。但从需求来看，当前急需解决的首先是大幅度降低太阳能热发电成本，和光伏发电技术相竞争。光伏发电“上网”，需要由直流变为交流，其“并网”发电，往往占到总成本的15%~20%。随着光伏发电技术水平的不断提高，发电成本的不断下降，这一“并网”发电成本，就有可能上升到30%~35%。热发电所提供的电流是交流，其“并网”发电就完全没有这方面困难。这也是我们主张大力发展太阳能热发电的重要原因之一。
至于连续供电或“间隙性”问题，可由、应由正在拟议和热议中的，即将大规模上马的“智能电网”，另行解决。
十. 现在试验中的“集热面”，是用“碳化硅”作集热材料，用“不锈钢+高温高压水蒸汽”作导热、传热材料，因为碳化硅和不锈钢有近似相同的热膨胀系数，二者能够“密合”。由于碳化硅，不锈钢，高纯水均是廉价材料，这一技术如能实现，也将大幅度降低成本。
十一. 将上述所有大幅度降低成本的技术集中起来，将能至少将国外发展的“槽式”发电成本，下降50~70%。一旦实现了产业化和规模化，也完全可能下降到和火力发电相竞争的0.5元/度电的水平。因为这里所用的材料和器件，都是机电工业通用的材料和器件，已证明有50~60年的使用寿命；太阳能热发电技术完全能在规模化、效益化进程中大幅度降低成本。
遗憾的是，由于严重短缺经费和人员，上述待开拓的“碳化硅+不锈钢+高温高压水蒸汽”的技术，仅获部分成功，尚有不少技术问题有待进一步解决。目前这一高温蒸汽发生器所达到的技术指标，仅能提供温度为3020C压力为38个大气压力的水蒸汽，离发电尚有一定距离。
十二. 对储热问题，陈应天等人又提出蓄热装置是为太阳能供热服务的。不同的供热需求，将要求不同的蓄热装置等新理念。
如果太阳能热发电将采用“两步走”升温技术；其蓄热装置也就应采用“两层次”蓄热。如果说中低温供热成本，比高温供热成本低很多；中低温蓄热成本，也比高温蓄热成本低很多。
关于中低温蓄热，将遵循下列几个原则：
1）“地下+大型”。
2）用廉价导热和蓄热材料，如“岩石+导热介质+能耐高压蒸汽的管道”。
上述构想有可能将中低温供热装置和中低温蓄热装置，用最短的管道相联结，大幅度减少热能损失。
关于高温蓄热，将支持下列构想：
1）用金属钠作为导热介质。金属钠将在97度~880度范围为液态，有极好的导热、导电性能，可全密封，用电磁泵驱动，甚而可用重力泵驱动，已在核反应堆中有广泛应用。
2）也许最佳高温蓄热材料可选为“Al+Si”。此体系有较大的相变热和较广泛的适用范围的相变温度，而且材料成本较低，蒸汽压也较低。
3）为适应“两步走”升温的需要，还可将上述高温蓄热装置，放在超大型中低温蓄热装置里面，实现“两层次”蓄热。这将能减少高温储热装置的热能损失，并能就近实现“两步走”升温。
4）中国的未来，将完全有必要在“地下”建造“大型”或“超大型”储热装置；应该和储存石油、储存天然气一样，同样重视储热，而且最好将储热和开采地热资源相结合。
由于这只是构想，未能付诸实践，很希望听到批评性意见。
十三. 陈应天教授在太阳能供热还有一则“小发明”，但将有广泛应用价值的“小发明”，——一个可在农村中推广的简便而价廉的太阳灶。
下面是用陈教授所发展的无光象主动光学所设计的，能供农村大量使用的，60倍聚焦的太阳灶。其特点是，用来煮饭做菜的灶具，不需移动！
与传统的太阳灶相比，它的优点是：
（1）便于操作。聚光镜和灶是分离的，太阳灶可像其他普通炉灶一样放在地面即可；（2）便于携带，太阳灶本身仅用一个特殊曲面的反光玻璃和铝制支架做成，连同聚光镜（直径约1米），总重量仅为10kg左右，而且可以做成折叠式，非常易于移动和携带；（3）聚光效率更高。样机实验证明，从早上9点到下午5点，聚光光斑的大小基本不变，这样上下午使用和太阳正午时的使用效果相差不大。（4）如果采用透光玻璃做外墙，由聚光镜所聚集的太阳光，将能透过玻璃而聚焦到放在室内的太阳灶。
这一新型太阳灶如实现产业化，其成本将不会超过400元。这种简单实用的新型太阳灶如果推广到我国广大农村，人们的日常炊事用太阳能取代薪柴或煤作燃料，既方便了老百姓的生活，又能防止对树木植被的破坏和煤炭资源的消耗，进而缓解资源和环境的压力。
十四. 一个极有前景的发展方向，大力发展水能和太阳能的紧密合作。
1）太阳能和风能都有在一个待解决的困难问题，“间隙性”问题。“有太阳有能，无太阳无能”,“有风有能，无风无能”。美国总统奥巴马解决美国能源问题的设想是：“太阳能（风能）+大型锂离子储能电池+锂离子动力蓄电池驱动的电动车+智能电网”。所谓智能电网，是以计算机对“需要”和“供给”都加以协调控制，以求得最大经济效益的高效电网，至于我国是“需求侧管理”式的电网，一旦不满足需求，就拉闸限电。智能电网将包括巨大调控设备，一是由锂离子蓄电池为基础，能存储几百亿度电能的大型储能装置，另一是电动车的锂离子蓄电池为基础的动力电池的组合。美国现有2亿辆轿车，未来的电动车组成的轿车，每辆约需20千瓦~50千瓦的电力。2亿辆电动车的储能能力，至少是2亿×20千瓦=40亿千瓦的调节能力。
但在我国，我以为当前更重要的措施，是大力发展太阳能和水能的合作。
2）水能是价廉物美、清洁环保的可再生能源。缺点：资源总量有限，季节供应不均衡。
3）太阳能是资源总量极其丰富、清洁环保的可再生能源。在960万平方公里的面积上，年辐照高达17000亿吨标准煤，而2008年，我国年耗能28亿标准煤。缺点是：季节、昼夜供应不均衡，价格十分昂贵，约是火力发电成本的5~10倍！
4）一个新出现的动向是：太阳能发电成本正在大幅度下降。不论光伏发电或热发电装机，均已下降到约20000元/千瓦的水平，在今后的5~7年内，还可能将发电成本下降到0.5~0.6元/度电。
5）由于太阳能资源的无比丰富，由于太阳能和水能在季节供应互相补充，再加上我国有足够多的地形，能修建达几亿千瓦的抽水储能电站，将能在近期就能大幅度弥补可再生能源发电间隙性的重大优点。
6）极有兴趣的动向是：最近，在美国奥巴马等人设想的“智能电网”的构思中，除大力发展各式各样的锂离子蓄电池外，近来也将构建“大型抽水储能电站”，作为“智能电网”的重要内涵。
十五. 一个最佳的发展太阳能发电的区域。
太阳图所展现的最佳区域，显然是甘肃省长达1000公里的河西走廊和由西宁直达拉萨沿着青藏铁路、青藏公路一大片高原地区，年平均辐照达200~220W/m2。河西走廊将有50000平方公里面积，而青藏铁路、公路沿线，可能有50000~100000平方公里之多。如以年发电8640小时计，年辐照总量可高达1728~1900KW·h/m2。当前光伏电池的发电效率可高达20%，每平方米可发出50~60W/m2的电力。如以20W/m2计，100000~150000平方公里的面积，年发电量将等效20亿~30亿千瓦的装机！这一巨大发电量，将大幅度支持我国未来电力的需求。
在青藏铁路、公路周边铺设光伏电池的另一优点是：将不用担心由于气候变暖使铁路、公路的冻土塌陷。
总结、分析陈应天教授所以能在5年回国期间，即获得初步的辉煌的成功，重要原因之一，是“首先要打好理论仗”。首先从“理论”上较透彻地分析了太阳能研究和开发工作中一系列重大弱点，从“理论”上指出克服这些重大弱点的关键所在。早在20世纪90年代陈应天教授提出了一种全新的光学聚光和跟踪理论，国际太阳能杂志《Solar Energy》围绕这一新的聚光和跟踪理论连续发表了他的八篇论文，（注：由于这一理论涉及许多高深的科学理念和复杂的数学，这里不能介绍，但这一理论完全是科学的理论），被以色列著名太阳能专家Kribus教授评论为，“在一个多年几乎没有进展的光学基础领域中的第一个突破”。
陈应天还利用这个新的太阳聚光和跟踪理论，先后研制了各种更廉价、更高效的太阳能收集器。从几个太阳聚光的新型光伏发电系统、几十个太阳聚光的新型太阳灶、几百个太阳聚光的高集中度的光伏发电系统和热发电系统再到成千上万个太阳聚光的高温太阳炉，所有这些发明，无一不在彰显着理论创新的巨大威力。
但是，在中国太阳能界流行的理念是：“太阳能没有理论，太阳能也不需要理论研究！
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朱九思的师资建设
来源：本站原创 作者：admin 发布时间：2005-12-12 点击数：226
[upload=jpg]UploadFile/2005121214232699682.jpg[/upload] “文革”，“斗批改”，全国有些高校被整散、整垮，有些学校领导人被整残、整死。那时的高校，早已万马齐喑，大乱不死者，夫复何求! 当年的华中工学院（以下简称华工，1988年改名华中理工大学，2000年与原同济医科大学、原武汉城建学院合并，改名华中科技大学）算是历史的幸运儿，“文革”之后，居然出现了三个“没有”即学校主要领导人没有变，师资队伍没有散，科研教学设备没有滥（有些学校的设备都转用于生产）。何以得天独幸?多亏当时学校军宣队指挥长刘崑山同志执行政策较稳，教师、干部受伤害较少。像朱九思同志，早在20世纪70年代初就得到“解放”，后来又恢复了党委书记兼院长职务。 1976年冬天，我们学校面临一个较好的天时、地利、人和的条件。讲天时，“文革”已结束，由于我们受的内伤较小，就有可能充分利用1977年以后的一段时间来谋求学校的提高和发展。讲地利，我们学校的校区条件在全国是少有的，处在武汉之郊，东湖之滨，有山有水，校域辽阔，郊而不偏，静而不僻，历经二十几个春秋的建设，已被装扮成园林式的学府，而且仍留有发展的余地。当年选择校址的领导真是有远见!讲人和，我们1953年建校，集中南地区五校工科方面的机械、电机、动力和基础课教师200余人，以后逐步发展，人数已十倍当年，但从来就以团结而著称。1971年11月又与武汉机械学院合并，仍然是东西南北浑然一体，没有派别，这都是极为难得的人和条件。但问题的另一方面是，在1976年，我们的实力比较弱，是一个先天不足，后天失调的封闭躯体。这时的教师虽号称1800人，但出过国、留过学的仅50多人，且多数是留苏的，有研究生学历的区区30余人，能阅读英语书刊的人极少。“新五届”毕业学员300多人留校，他们当时叫“工农兵学员”，上面要求“以产品带教学”，完全打乱了原来的教学计划，学得很差。为了防止出现“断层”，又办了一个当时俗称的“回炉班”，就是将“文革”当中毕业的所谓“六九、七O届”招了将近200人。他们在校只学了一年或两年，当然不够。至于原有的1 000名左右专业课教师，释卷多年，“文革”后到图书馆看外文期刊，有些文章都看不懂了。因为在十年浩劫期间，人家的科学技术进展很快，新的教学方法用得较多，我们教师的业务落后了。上述种种，说明必须补课，加强师资培养。 在一定条件下，事在人为!当时的校领导及时地抓住时机，狠抓师资培养，把师资队伍建设摆在“四大建设”（教师队伍建设、学科建设、实验室建设、校园建设）之首位，作为学校发展中一项具有战略意义的任务。 [upload=jpg]UploadFile/2005121214242493288.jpg[/upload] 凡事预则立，不预则废。为了有效地引导和指导师资队伍建设工作，学校于1977年开始制定和实施第一个师资培养规划，1979年底开始制定并实施第二个师资培养规划，1982年又开始制定和实施第三个师资培养规划……师资培养一步一步地走向高潮。一谈到规划，当时有些教师持怀疑态度，认为是“鬼话”，根本不可能实现。然而以朱九思同志为首的学校党委却令出如山，不允许打丝毫折扣。朱九思同志在1977年连续三个月详细听取各系的汇报，然后又和教务处、教师办的负责同志反复研究，确定师资培养的方向和实施方案，并责成有关处、办深入基层调查研究和督促检查，一有情况及时汇报。在以后的几年中，学校党委每年要研究八至十次师资培养工作，一两年开一次全校性的师资工作会议，加上院刊、简报经常介绍经验，批评后进单位，使学习、读书、学术交流的风气日盛一日。从1977年到1984年底，对学校实施师资队伍建设的情况和结果概述如下: 1．对中青年教师进行脱产补课学校党委抓住“文革”后在校学生人数不多、教学任务不重、科研任务不急的有利时机，大抓现有教师的脱产进修。有近300名“新五届”的青年教师脱产三年补习大学课程，而且首先从3000道初等数学题做起。大约180名“回炉班”的青年教师脱产学习一年半。举办以补习英语为主的英、日、德、法、俄五个语种配套的外语学习班（包括从1980年开始的两个月的暑期外语班）共230多个，培训人数达5600多人次。对中年教师则补基础理论（主要是指八门数学课，理论物理四大力学课，计算技术三门课，加上自然辩证法等共十六门课），人均需要补习课内学时约1000学时，相当于脱产学习一年的时间。培养结果，绝大多数教师当然有了很大提高。这是真正的业务素质培养。正是由于抓好了理论基础的培养，从而为今后教师的能力提高、自我拓展专业和转创新专业打下了良好基础。 2．狠抓师资队伍的扩大与结构改造学校英语和基础课教师一段时间极度紧张，校党委决定从1976年到1979年连续四年举办基础课和外语师资班共30个，800多人参加学习，毕业后择优留了300多人作教师，较大程度上补充了教师数量，改善了教师队伍的结构。学校党委还动员131名基础理论较好的专业课教师支援基础课，并向社会招聘和向兄弟院校借调外语教师，大大缓解了基础课教师和英语教师严重不足的矛盾。 1977年恢复了高考制度，一批未因“文革”而沉沦的学子通过全国统一考试进了大学。1978年又恢复了研究生教育，当时报考我校的有600多名考生，多是“老三届”的。我们按照“种瓜得瓜，种豆得豆”，“多多益善”的精神，超计划招了178名研究生。从此，研究生和本科生就成了我们师资队伍的重要来源。1981年和1982年我们自留了190名研究生和280名本科生，共470名。这280名本科生后来又在职读硕士。从此，教师队伍的学历结构逐步得到改善。为了实现办综合性大学的目标，在师资建设方面，我们除了注意自我培养提高外，还着力引进人才，以改变教师队伍的学科结构。从“文革”后到1981年学校共引进外来人才600多人，他们为拓展新学科和建设新专业起到了重要的作用。 3．狠抓骨干教师的培养 1980年前后，全校各系、各专业，结合教学、科研任务，聘请有关国内外专家、学者来校讲学，或派出教师到外校去听讲学，在此基础上大办读书讨论班，作为师资进一步培养提高的主要形式，以拓宽基础理论和掌握新兴科学技术的主要内容。这也是在素质培养的基础上向能力培养的转变。全校共办150多个读书讨论班，广大教师受益极大。全校逐步开出的400多门研究生课程就是读书讨论班的成果展示（其中只有110多门课程是出国人员带回来的）。例如，船舶系的曾广武老师根据其科研方向优化理论，读了《工程设计中的优化问题》、《优化非线性规划》、《最优化基础》、《弹力变分原理》、《计算几何》等二十几本书，写了一本《工程优化设计方法》。许多教师按照系统阅读以加深理论基础，跟踪阅读以紧跟世界先进水平，以收集资料为科研项目的良好读书方法，不断提高自己的水平。如孙杨声系统读过上十本书，其体会是：“外语和数学使我的理论知识插上数学翅膀，接触世界先进水平。带研究生逼着自己钻前沿。”又如自控系的陈埏教授从教电工基础转行到搞计算机控制，又转作系统工程的学科带头人，读了很多书，带领梯队人员编了八门研究生教材。机械系的杨叔子教授，酷爱读书，读了十门数学课的书（几十本），十二本控制理论方面的书，听过系统工程研究生的全部课程，学过五本力学课、三本数据处理方面的书。因此，他能给教师讲授积分变换、线性代数、控制理论基础、变分法等多门非机械类的课程。凡此种种，不胜枚举。在这期间学校共派出200多人次到外校听讲学，回校后组织传达讨论，使大家受益；还派了200多人到外校进修半年以上；共邀请了160多名学术界的名人作兼职教授，讲学和指导研究生；邀请了200多名外国专家来校讲学。这些举措大大活跃了我校的学术空气。国内的许多名家，如苟清泉、郝柏林、于录、霍裕平、钱伟长、徐利治、张锦文、王力、稽康、周卜颐、严学窘等；国外的如冯元桢、坎特罗维茨、王孔启、叶祖尧、帕布里斯、柯律、彭松村等，对我们建立新专业，发展新学科，起到了重要的作用。 1979年至1984年，学校共派了450名留学人员和访问学者出国，其中先出去已回来的有180多人，他们在教学、科研上引进了许多新种子、新思路。像王君健、周济、熊有伦、陈应天、杨叔子、李佐宜、李再光、徐重阳、丘军林、叶鲁卿、徐辉碧、黄文奇等，通过几年的出国学习，加上回国后的科研实践，都成了出色的学科带头人，为华工的学科建设做出过重要贡献。值得一提的是华工的一些老教授，他们过去或出过国，或读过名校，根基比较深厚，又通过读书班、讨论班和自己的刻苦自学，从而在科研上具有很强的探索能力，为新学科的建设和老学科的改造立下了汗马功劳。如张培刚、陈埏、马毓义、刘颖、余俊、路亚衡、陈日曜、黄树槐、肖景荣、林少宫、崔崑、张江陵、郭方中、林金铭、周克定、许实章、万发贯、程天柱等等（乞恕疏漏）带领一班人，把学科推到全国领先水平。我们应永远铭记他们励精图治的开创性功劳！ 4．认真落实党的知识分子政策，全面关心教师的生活这是师资队伍建设的重要组成部分，学校党委也突出地抓了此项工作。比如校党委在“文革”后的几年中组织审查历史案件，纠正了53人的冤假错案，清理了567人的档案材料，修改了133人的政治结论，改正了13人错划的右派，使广大教师深受感动。与此同时，学校党委在教师中发展新党员200多人，其中有一、二、三级教授和副院长多人，推荐了13位知名人士担任省里和全国人大、政协代表、委员，53人担任各种学术组织的理事长和理事。至于校内各级行政组织的领导，则全由教师担任。这种对知识分子政策和态度的巨变，在教师中产生了强烈的震撼和激励作用。教师是脑力劳动者，他们最关心的事情莫过于职称。从1962年以后，来自上面的决定，冻结了职称，说它会产生修正主义，直到邓小平说了话才解决。因此，从1978年到1982年不得不“还账”，我校共提升教授60人，副教授362人，讲师1288人。1978年还有两位讲师直接晋升教授。这样做是正确的。然而当时“上面”颇有微词，甚至公然反对。学校党委、特别是朱九思同志，以巨大的魄力和实事求是的精神，顶住压力，保障了教师的切身利益。华工教职工住房条件的改善在全国高校中是最早的，而且是向教师倾斜的，因此才有哪些房是“贡献楼”、“招贤楼”，哪些房是“教授楼”的口碑。当北京的许多名大学的教授、副教授们还是“三代五口，单间双层加阁楼”的时候，我们的三室一厅、二室一厅已经很普遍了，家家户户较早地改变了传统的生活方式，从煤炉、吹烟、搓洗、竹床、露宿消夏的生活方式向电风扇、洗衣机、煤气炉的现代家庭生活过渡，使教师从“紧张的早晨，战斗的白天，疲惫的夜晚”的困境中解脱出来。朱九思同志还一再要求把幼儿园、附小、附中办好，认为这是解决教师后顾之忧的重要环节，同时也是为引进人才增加了吸引力。我们身在华工的教职工，真有“风景这边独好”的感觉。 [upload=jpg]UploadFile/2005121214251675056.jpg[/upload] 1981年初，中央最高领导人事变动的消息传达到了高校，此前，“两个凡是”的指导思想还是在紧紧地束缚着人心。因此，朱九思同志在“文革”后能立即放手抓师资队伍建设，比大多数高校的领导整整早抓了四年以上，而且一抓到底，抓得很紧，在扩大队伍、改善结构、提高水平三个方面环环相扣，成效卓著。因此又可以说狠抓了八年（朱九思同志1984年12月26日卸任）。这个“四年”和“八年”，就使我们华工出现了日新月异的变化。后来有些上层人士往往说我们“自我感觉良好”，言下之意是说我们自不量力。但实际上是他们在用老眼光看事物，不知道这“四年”、“八年”所引起的量变到质变何等显著! 人们不禁要问，为什么华工的师资培养工作在短期内能取得如此显著的成绩和效果呢?一些学者为什么很乐意调到我校来工作呢?笔者认为，这在很大程度上是与朱九思同志先进的办学思想、高超的管理能力和优秀的人格魅力密不可分的。下面就笔者依稀的记忆略举几例。 “文革”中，知识分子成了“臭老九”，十年基本上没有教学科研。常言道：用则贵，不用则贱。许多有才华的知识分子成了可有可无之人，有的被下放，有的被流放。但此时华工的党委书记朱九思同志却以其“爱才如命”，“高筑墙，广积人，深挖洞”的口碑广泛传闻于教育界和知识阶层。那时，在学校党委下面有三个处级单位分工合作管师资工作，教务处主管培养工作，教师办主管调查研究和思想工作，人事处则分管调配，其中有几位同志年年月月到处去发现和发掘人才。例如，陈应天是我国著名物理学家严济慈的得意门生，很有才华，夫妇二人在中国科技大学毕业后被分配到山东聊城一个普通机械厂工作，真是埋没人才。朱九思同志知道后，立即派人事处副处长去把人挖了过来。后来学校又公派他到英国剑桥大学闻名世界的卡文迪什实验室读博士学位。室主任Cook教授交给他的研究课题是引力方面的一个难题，过去有些学者与博士生都未能解决，但陈应天却解决了，Cook教授当然很高兴，并同意将实验装置全部无偿地送给我们学校。因引力实验室必须具备恒温与防震的条件，于是朱九思同志决定将实验室建在校区后方的喻家山下已经修好的防空洞中。20多年来，该实验室一直发挥了很好的作用。一个纯工科大学，建立这样一个理科最基础的实验室，这在全国文理科名牌大学中也只有一所。从这里可见其决策的远见卓识和魄力。著名经济学家张培刚教授曾患严重疾病，朱九思同志经常去医院与医生商量，千方百计将其从病危状态中抢救过来。有一位教授因吃鱼胆而中毒，在生死攸关之际，也是朱九思同志为其联系医院，寻找名医进行抢救。有一位女教师，因其丈夫出走，儿子重病，精神处于崩溃的边缘。朱九思同志在电影场全校大会上作报告时得知这一消息后立即在报告中途向大会公开了这一情况，要求有关室、系应尽最大努力关心和帮助这位女教师免遭厄运的打击，同时号召全校教职工互相关心和帮助。朱九思同志尊重知识、尊重人才，礼贤下士也是远近闻名的。那几年来访问的国内外学者专家数以百计，朱九思同志几乎都要亲自会见和宴请每一个人，还要垂询每个人讲学的具体安排，重要的客人还亲自到车站码头迎接。那几年出国回国人员也是数以百计，他总要亲自接见每一位留学人员，对出国人员总是千叮咛、万嘱咐，诸如不要询问女性的年龄、不要打听外国人的工资等习俗问题都要交代到。有一年的春节，初一、初二、初三雨雪交加，朱九思同志率有关负责人挨家挨户给出国人员家属拜年。又有一年的春节，也是初一、初二、初三，朱九思同志还挨户向前一年去世的教职工家属慰问。这些行动非常凝聚人心! 为了筹办建筑学系，朱九思同志真是操碎了心，请来了几位建筑学界知名学者，如周卜颐、黄康宇、蔡德庄等。周卜颐全家在招待所住了较长一段时间，朱九思同志常常亲自过问其生活状况。有的学者，朱九思同志还与他们结为终生挚友。朱九思同志在学校财政困难的情况下，每年贴补30万元创办了《数学研究与评论》、《语言研究》等多种学术刊物，其目的是借以吸引学者们以文会友，开展学术争鸣。谁都知道，全国性的学术刊物办在华工，无论如何，华工总是最大的受益者。朱九思同志当然不懂得每门学科的具体内容，但是他好像对新兴学科有一种无形的亲和力。为了办好激光专业，他断然决定撤销电真空和低压电器两个学科，将教师调来加强激光，并派几位学科带头人到国外学习。计算机外部设备专业，在专业创办初期，人们并不知道它的详细专业内涵（此专业是上面委托我们学校办的、全国惟一的一个专业），但朱九思同志能独具慧眼，坚决从机械系将搞精密机械的学科带头人抽到计算机外部设备专业来边干边学。管理学科开始也是从机械系转来的教师创办的，他们只不过在机械系学过或教过一点工厂管理方面的课。系统工程研究所则是要年近花甲且转过一次行的陈埏教授挂帅组班子，他们没有暑假，坚持全班人马在图书馆博览世界有关书刊的800篇文章以后才开始起步。图像识别研究所的经历和系统工程类似，从科研起步开始自己的长征。建生物工程系是调数学力学功底深厚的王君健前去搭架子，艰苦创业，以后又多次转变研究方向，增强适应性。文科专业可以说全是新的，是朱九思同志比较着力抓的，其教师大部分靠从外面引进。例如，为了办语言学专业，除了请中国语言学会秘书长严学窘来主持语言所的工作以外，还将语言学家吕叔湘的第一届三位研究生全部吸纳进来。社会学起死回生以后的第一次年会专门请到我们学校来举行，社会学系也是在费孝通老教授的指导下建立的。朱九思同志把新学科创办和师资队伍建设紧紧扣在一起，“逼”着教师改变知识结构，在干中学，在学中干，使教师迅速得到提高，同时也带动学科得到改造和创新，为今天的学科结构定下了基调。在全国以工科为主的大学中，我们算是创办文科最早的学校之一，这无疑对培养人才、文理渗透交融是非常有益的。更重要的是，朱九思同志对办综合性大学的呼吁和实践在全国具有历史性的贡献。朱九思同志自己曾说过：我用1/3的精力抓师资，用1/3的精力抓外事，再用1/3的精力抓教学质量。实际上外事工作说到底也是师资工作。因此，在1980年前后的几年间，笔者在对外介绍我校师资工作的经验时曾多次这样说过：把我们的经验集中到一点，那就是学校的主要领导人，用主要精力抓这项主要工作。笔者还说过：我们认为九思同志的工作作风可以借“稳、准、狠”三个字加以概括。所谓“稳”，就是办学的方向把握得稳，要办综合性、研究型的大学；所谓“准”，就是重点抓得准，这个重点就是师资队伍建设，不抓住这个重点，其他都是空谈；所谓“狠”，就是对干部特别是处长、科长抓得狠，态度非常严肃，要求非常严格，批评非常严厉，令出必行，不能打折扣，拖时间，敷衍塞责。因此，朱九思同志那时在我们学校是很有权威的。而这个权威是在实践中形成的，同时对“乱”后治校又是非常必要的。 转载《校友之窗》总第五期
陈应天篇(3):大力发展“第三代”光伏发电技术，应对“碳关税”的挑战-何祚庥的博客-科学网
大力发展“第三代”光伏发电技术，应对“碳关税”的挑战
中国科学院理论物理研究所 研究员
何祚庥
To meet the challenge from carbon tariffs by developing the advanced third generation photovoltaic panels to generate clean powers
He Zuoxiu
Institute of Theoretical Physics
Chinese Academy of Sciences
Abstract
It is pointed that the current solar photovoltaic panels are developing rapidly from the first generation photo cells, which are based on the standard crystalline silicon, to the second generation photo cells using different thin films. However, the third generation has become available recently by combining the few times concentrator and sun-tracking and wafer made from crystalline silicon and silicon film.. With this new technology, the market price can drop to 0.4 – 0.5 ¥ / kWh..
Keywords: photovoltaic panel, crystalline silicon
我国无疑应迅速决策大力发展太阳能，把发展太阳能提高到国家发展战略高度，一方面是为了应对国际金融危机，另一方面也是为了回应发达国家为扼制我国而发起的“征收碳关税”的挑战。
最近，美国总统奥巴马一再宣称：“在开发、生产、利用和节约能源的新技术方面，没有什么比创新更重要”。
应对“碳关税”的重要措施之一，是大力发展光伏发电技术，要在10~15年间，将光伏发电成本下降到可以和火力发电相竞争的水平。
从国际发展的态势来说，当前光伏产业正由晶体硅发电为核心的“第一代”技术，向硅薄膜或其它薄膜（如碲化镉，铜铟镓硒等）发电等“第二代”技术转变。由于薄膜的厚度仅为几个微米，所用材料仅为价格十分昂贵的晶体硅的1%。所以，“第二代”技术的发电成本，一般约为“第一代”技术的1/2。
但是，时代又在前进。
现在光伏发电技术，又出现了“第三代”技术。这就是中国科学院理论物理研究所特聘研究员，陈应天教授所开拓的“4倍聚光+跟踪+太阳能炼硅+晶体硅（p型或n型）+薄膜”的光伏发电技术。[1]
我个人认为，这是当前最先进、发电成本也最低廉的光伏发电技术。
现在国际上也出现了类似的意见。下面是华北电力大学、可再生能源学院的陈诺夫教授在《高效聚光太阳能发电系统》的报告中给出的，国外最近发布的，有关未来光伏发电成本发展趋势的预测图。这一预测图也指出，第二代光伏发电成本，约是第一代光伏发电成本的1/2，而第三代光伏发电成本，亦即“聚光+跟踪”技术的光伏发电成本，又将是第二代的技术的1/2。
下面简略地介绍一下陈应天教授及其团队在太阳能光伏发电技术方面，所获得的成就。
一、当前“4倍聚光+跟踪”的光伏发电技术有较大突破，其成本已下降到平板光电池的1/3，发电成本也下降到0.51元/度电。[2]
a）传统的光伏电池是将光电池做成平板，固定放在屋顶或墙面，或按最佳方位，用支架排成接受阳光的阵列。优点是结构简单、易加工，缺点是有较大的余弦损失，每块光电池只接受一倍阳光，利用率太低！提高电能有效产出的办法之一：聚光+跟踪。
b）下图是陈应天教授所发明的4倍聚光装置。关键在于所设计的光漏斗能够保证在一次反射的条件下，在太阳电池表面上有均匀光强的分布。
图片说明：光漏斗的外形图
理论预期，4倍聚光将输出4倍电力。实际上由于反射、吸收等原因，实测证明，在直射光是4倍光强的条件下，光电池的输出是3.3倍。如果再加上跟踪装置，可比平板电池提高30%，发电量是3.3×1.3=4.3倍。如果扣去光漏斗对漫射光的阻挡（注：漫散光一般占太阳光的10%~30%），在干旱地区，漫射光仅占10%，也就是一块光电池能产生4.3×（1-0.10=3.87）倍的电力；在阴雨、多云地区，一块光电池将能产生4.3×（1-0.30=3.01）倍的电力。
c）为什么这一四倍聚光技术能在短期内获得成功？原因是：1）仅要求“4倍”而不是高倍聚光，所以可用目前市场上有充分供应，价格较低廉的光伏电池，不必要求有能承受10~20倍，或几百倍，但质量难以保证，价格十分昂贵的，“特殊”的聚光电池；2）这一光漏斗能保证太阳光在光电池表面有均匀的光强分布，这就极大地减少了热应力的不均匀和受热量的不均匀，带来“光漏斗”的制作和散热的困难，如果是市场上随便买来的劣质光电池，四倍聚光会扭曲成“碗”；3）由于这是光的均匀“折叠”，仅要求太阳光的垂直输入，使“光漏斗”成为“向日葵”；只需将地球绕太阳公转和自转的高精密的运行公式，输入芯片，就能将阳光垂直送进光漏斗，不必采用“测量”和“反馈”等，复杂而又不甚精密的控制方案，也大幅度降低了跟踪成本。
下面是发电功率为150瓦的样机：
图片说明：李政道教授在进行现场指导
图片说明：多倍聚光发电可以用在路灯上既美观又可靠
d）有许多人对4倍聚光技术提出批评或怀疑：如，能否有效地散去4倍聚光带来的热量？是否真的达到4倍的输出？跟踪精度能否满足要求？能否长期安全可靠地运行？能否经受沙漠地区，常有的狂风、冰雹、高温、骤冷、沙尘暴等恶劣气候的考验？如何解决灰尘的清洗？能否比平板电池有更长的持续寿命？能否和别的聚光方案相竞争？等等 ……。
对上述难点、疑点，陈应天教授采用了一系列高新技术，做了有针对性的回答。尤其是“光漏斗”的设计，除了耐冰雹、强风之外，还有效地防沙、防水，有效地消除了最为困扰平板电池的热岛效应，能保证>25年的使用寿命，而且易拆、易装，便于维修。
实践也已部分地做了回答。这一4倍聚光技术，已在内蒙古鄂尔多斯建造了一个功率为205千瓦小型光伏电站。已安全、可靠、持续运行了2年多，只在安装调试早期有千分之一、二的光漏斗需要维修！
下面是在内蒙鄂尔多斯正在运行的小型光伏电站的照片：
图片说明：国内第一座由国家批准的在鄂尔多斯正式运行的商业化的光伏电站
e）近来，这一四倍聚光技术，又做了大幅度改进。已在蚌埠研发了一台直径为35米的，峰值功率为50千瓦，50KWp的光伏发电机。这一样机所用结构材料更少，占地面更小，控制更简单，成本也更低。这一4倍聚光单元，已获得欧洲TUV长达一年之久的测试，认为可销售到欧洲市场。据我们所知，这是世界上第一例聚光漏斗，通过TUV测试。现在已接到国外大批订单，已出口国外市场。
极有兴趣的是：最近，在蚌埠地区出现大风暴、大冰雹，一个厘米直径的冰雹砸向4倍聚光漏斗，全部结构安全运转，安然无恙。下面是在西班牙安装的50KWp光伏电机的跟踪系统：
图片说明：西班牙工人在紧张地安装来自中国的发明
下面是在西班牙安装和运行的50KW转盘式光伏电机的照片：
图片说明：中国发明的大型跟踪光伏发电站在西班牙正常运行
f）更令人感兴趣的，是4倍聚光技术的发电成本。这涉及50KWp光伏电机的使用寿命。由于一块光电池已能发出4倍电力；这一50KWp并网光伏电机包括利税、土地、知识产权费用在内的总投资将下降到25000元/千瓦。如果此光伏电机使用寿命是25年，年平均发电1967小时（注：这是甘肃武威地区年平均日照时间），易算出以25年寿命计的这一光伏电机的平均发电成本，是0.51元/度电。如果此光伏电机获得1.09元/度电的优惠上网电价，将在12年内回收全部成本。
最近，我们到甘肃武威地区，对陈应天所发明的50KWP的转盘式光伏电站，和863计划支持的500KWP平板式光伏电站的投资和运行做一比较性的考察，其结果是：
这一转盘式光伏电站不仅其单位投资仅为平板光伏电站的1/3，而且发电量还多出55%！
但是，这一 4倍聚光光伏电机的光电池，现仅有20%转化率；如果进一步增加到25%~30%（注：这将是进一步研究和解决的重大课题），上述4倍聚光光伏电机的发电成本，还将进一步下降！总之，光伏发电技术在我国的大规模应用，已是为期不远！
二、更重要的是已研发出价廉，而聚光高达10000~15000倍的太阳炉，温度可达3500度，成本只有国外同类研发产品的1/30~1/50[3]，已用来冶炼出太阳能级的高纯硅，而且将为高温光冶金、光化学的研究和发展，提供了新的工具
a)陈应天教授在太阳能领域内的重大贡献之一，是发明了无光象主动光学理论及其技术。已利用这一理论和技术建造出价廉物美而且质量极高的定日镜。其直接应用之一，是建造聚光达10000~18000倍的太阳炉。下面是镜面尺寸为6m×6m，聚光15000倍，热功率高达15~25千瓦的太阳炉。下面是相关的图片：
已做到将15000倍太阳光聚焦在某一固定方位，在约为一个乒乓球大小的空间，将温度上升到35000C，其未将研发费用计算在内的成本仅约为20万人民币！ 近来，陈应天教授又将上述定日镜扩展为8m×8m的镜面，也制成相应的产品出口到国外，其售价高达人民币150万元。但国外所研发的太阳炉，其售价却至少是150万元的10倍，在性能上也不如陈式太阳炉优越，所以，陈式太阳炉仍是市场受欢迎的廉价产品。
b）近1~2年来，国际市场上太阳能级多晶硅材料飞速上涨，2008年上半年曾高达3500元/公斤。由于遭受金融危机的打击，近年来太阳能级高纯硅售价已下降到约80美元/公斤，集团内供货仍高达50~70美元/公斤。原因之一，是高纯硅的制作耗电太多，每公斤多晶硅耗电达250~450千瓦小时！所以，仅电费支出就达15~25美元/公斤，几乎达到实际成本30美元/公斤的1/2~3/4！为大幅度减少用改良西门子法冶炼高纯硅的高耗能，降低硅产业所产生的四氯化硅等产物的重污染，其发展方向之一，是用太阳能炼硅。
c）由于太阳炉是一种极好的廉价的的高温光源，已利用这一太阳炉先后在银川、鄂尔多斯和武威等地对太阳能炼硅进行了多次试验和反复改进。[4]大量试验证明：利用这一高温光源将能在2~3秒左右，将成份约为2个9的工业硅，成功地去除最难去掉的磷和硼。
下面是用辉光发电质谱仪，对陈应天冶炼出的多晶硅的化学成份检测报告。
数据显示，磷和硼的含量均是1.0ppmw，已达到太阳能级高纯硅所要求的6个9。需要略加评注的是：这里给出的数据，是多个样品中“最坏”的结果。大量的测试，均显示出这一太阳能光冶金法，能达到7个9，甚而是8个9。
下面是在甘肃省武威地区建设中的冶炼高纯硅的装备照片。
Figure 1 A New Type of Solar Furnace of aperture size 8 m x 8 m installed in the Inner Mongolia Autonomous Region of China. A non-imaging focusing heliostat consists of actively controlled facets impinging concentrated solar radiation onto a small secondary concentrator to achieve a 10,000 times gain in intensity within the space of a tennis ball, as shown in the upper-right corner of the diagram.
陈等人已将冶炼出的高纯硅制作成单晶硅，下面是世界上第一根太阳能冶炼的单晶硅的照片：
这一单晶硅的重量是12公斤，60%是p型半导体，40%是n型半导体。已切成125mm×125mm的单晶硅片，并制成光电池，其不加特殊处理的所制成的光电池的转化率可达到16.5%，而且不会因太阳光的照射，造成转化率的衰减！一个可能的解释是：这一光电池所用硅材料，已经历10000倍太阳光的照射，所以极大地压低了光致衰减。
e）在研发过程中，陈应天教授也碰到了一系列困难。陈应天等人本来设想利用他所发明的太阳炉所特有的“高温”，加速冶炼提纯过程的进程。试验进行不久，即发现三重困难：1）冶炼温度过高将引起硅蒸汽的大量损失；2）坩锅寿命太短，使用一两次，即不能再用，屡试而屡败；3）极易造成坩锅污染，而且也很难找到价廉而少含杂质的坩锅。
于是，陈教授发明了一种无坩锅作业。将工业硅磨成细粉和CaO，Al2Os ,SiO2等粉状氧化物和某些添加剂，压铸成棒，直接放置在10000倍的太阳炉里照射。利用氧化物混合物会发生由固相到液相的“相变”，可将温度控制在1700~20000C的范围。由于这是10000倍太阳光的辐照，硅棒迅速升温熔化，液滴由硅棒剥离。为保证冶炼过程的充分完成，还需要适当延长高纯硅的冶炼时间。陈教授等人将硅棒放置在约5.5m高的二层楼，利用自由落体，控制冶炼时间在1.0~1.2秒内，堕入某水池冷却而中止。
一个令人惊异的事实是：这一在10000太阳光辐照下的硅棒的持续冶炼过程，竟然仅在2~3秒钟内完成全部作业。工业硅所含杂质，或者气化，或者形成氧化物，萃取到由“相变”控温为1700度的高温氧化物混合物的液体中。
f）由于这一太阳能炼硅所需持续时间仅2~3秒，云层涨落漂移时间，往往长达十几分钟或几小时，所以这一新型太阳能冶炼法完全能走向产业化。已做到将通常西门子法耗电200~300kwh公斤，降低到仅耗电20~30kwh/公斤，实际上是用定向凝固法，进一步提纯时所消耗的电能。
由于上述冶炼过程消耗的材料是2个9的工业硅和高凝土等一类氧化物，其售价仅人民币5~10元/公斤，所用太阳炉却没有任何消耗；所以上述试验，包括压铸成棒等工艺过程所耗费的生产成本，仅约为20~25美元/公斤。一旦实现了这一生产过程的产业化，将完全可能下降到约10~15美元/公斤。
g）不难看出，这一新方法将有如下优越性：1）拥有完全的自主知识产权；2）将大幅度降低能耗和制作成本；3）能完全消除污染，使高纯硅成为“绿色”产业的太阳能级的高纯硅，有足够的实力应对“碳关税”的挑战；4）其生产规模可大可小，从投资到生产仅有一两个星期的周期，既适合国营经济，也适合家庭作坊式作业；5）在国际市场上将有超强竞争力，并还有大幅度成本下降的空间，（如改为10m×10m的聚光镜）。
由于现有“4倍聚光+跟踪”技术中的光电池成本，仅占全部成本的1/3，如果这一太阳炉光照射的新型多晶硅的光冶金法得到成功，将有可能将上述使用寿命为25年的4倍聚光发电装置的发电成本，再下降20%，由0.51元/度电，下降到0.40元/度电。所以，光伏发电产业的未来将是一片光明。
h）最近，经陈应天教授等人研究，认为这一高倍聚光的太阳炉，既是廉价的高温热源也是廉价的高强度的光源。经计算，在聚光10000倍的强度下，其每秒单位面积通过的光子数高达1~2×1022光子/cm2·秒之多，而液态硅对太阳光的吸收系数，却高达70%。
所以，这一高强度的光子流，将激活每个正在反应中的各种化学键，而极大地加速了化学反应速度，成为“普适”的催化剂。这一“太阳炉炼硅”的成功，将开辟一个新领域，太阳能高温光化学的领域。一个显见的结果是，完全可能将上述太阳炉，用来冶炼难熔金属，或其它难以在通常高温炉内冶炼的材料。
i）陈应天等人已将上述实验结果写成科学论文，已在2009年第7期的《中国物理快报》078103-1页，正式发表。已有某些曾获得诺贝尔奖金的国际友人评论为极富创造性的工作。最近，甘肃电力投资公司已决策应用陈教授所开拓的这一太阳能冶炼高纯硅技术进行试生产，预期年产4000吨太阳能级高纯硅，总投资为20亿元人民币。
这一决策的一个直接的效果是：国内不少已预定要 “大干快上”西门子法、硅烷法的企业，纷纷转而持谨慎观望态度。原因是：国内已上马的制作高纯硅的预期产量，已高达10万吨之多，将在2~3年内形成严重的生产过剩；而一旦太阳能炼硅的产业化获得成功，这一10万吨产业将面临十分尴尬的局面！
三、一个有巨大争议的技术“路线”问题：薄膜还是4倍聚光+跟踪？
a）国内外都有不少人认为薄膜电池是当前光伏产业的主流技术。理由是：
a）虽然目前各种产业化后薄膜电池的转化率较低，约为6%~8%，但实验室产品已高达13%~20%；下面是实验室所做到的各种薄膜电池已达到的转化率的简表：
b）即令某些多个p-n结组成的薄膜的加工技术较复杂，原材料的大量节约总是薄膜技术的一大优势，而且，完全有可能由于“薄”，而发展出廉价加工技术。特别是碲化镉，在近期就可能降到1.0美元/瓦的水平。
国内外还有不少人反对发展聚光技术。因为所有的聚光发电和聚光热发电系统其本质都是用“廉价的聚光材料替代昂贵的半导体材料，而当半导体材料廉价到聚光材料相近时，所有的聚光发电系统均没有生存的意义了”。下面将对现有薄膜技术和现有“4倍聚光+跟踪”技术做一比较性的分析和讨论。
b）陈应天、林文汉等人曾对薄膜和4倍聚光技术的优点、缺点，做了一个详细的比较。
从上述4个比较的表格来看，聚光+跟踪和薄膜可以说各有优势、劣势。薄膜的最大优势是轻巧，“聚光+跟踪”的最大优势，是占地面或屋顶面积只有薄膜的1/3~1/4，两者的发电成本却均为1.0元/度电。特别是各种建筑的“南墙”，就只能用薄膜技术发电。所以，即使聚光技术有快速进展，处在南墙上的薄膜仍将在市场占有一定份额。
但是，上述结论是在高纯硅约为1500元/公斤售价的前提下做出的。但如果高纯硅售价下降到200元/公斤，晶体硅光电池售价下降到5~6元/瓦的水平，其形势立即发生巨大变化。
c）一个最基本的理由是：薄膜的优势在于所用材料较少，材料占薄膜电池成本份额也较小。但如果高纯硅售价下降了10倍，晶体硅电池中硅材料成本也将成为不重要的份额。由于薄膜效率偏低，性能也欠稳定，一个必然的结论：薄膜电池将很难在性价比上和多晶硅电池进行竞争，除非薄膜电池的光电转化率有成倍的提高。这时，“高效晶体硅光电池+4倍聚光+跟踪”，将是光电市场上的首选。
原因是：1）每瓦的“4倍聚光+跟踪”的成本和光电转化率成反比，薄膜电池在原则上当然也可以适用聚光跟踪技术来增加发电量，但如果光电转化率太低，其每瓦的“跟踪+聚光”的成本，必定大幅度增高。2）理论上可以认为，“当半导体材料价格降低到与聚光材料同样廉价时，聚光系统就没有存在的必要”；实际上即令高纯硅每公斤售价降低到微不足道的水平，但制作光电池的其它专用材料，如低铁绒面玻璃、EVA、TFT、银浆、铝浆等材料及其加工技术仍将占到约2.5~3元/瓦的水平，至少，在近期还很难和聚光材料相竞争，而且，聚光材料及其加工的成本，也在大幅度下降。3）尤其是“跟踪”，在光电池组成的阵列中，至少将多出30%的电力，在北方或偏南地区，是不可缺少的技术。
d)新出现的问题是，我国即将从美国引入“第一太阳能”公司所发展的碲化镉薄膜电池技术，这就发生一个新的问题，究竟是“聚光+跟踪”还是碲化镉薄膜电池，是未来光伏发电的主流？下面是有关碲化镉薄膜电池的价格成本的估计。
按我们收集到的资料，该项目总量约为2000兆瓦，总投资约为50亿~60亿美元，将铺设在内蒙古的65平方公里的土地上，而成本是0.87美元/瓦，或等价于6.09元/瓦。整个工程将分期进行，2010年6月将开始一期工程，发电为3千万瓦，其二期、三期、四期工程，分别是1亿瓦、8.7亿瓦，10亿瓦，共为19亿瓦，预期2019年全部建成。其技术将使用60×120厘米的玻璃，用3μm厚的薄膜淀积在衬底上，其整个流程约为2个半小时。
他们宣称：“我们还在进一步改进元件的光能转化率，增加能量产出”。此外，他们“所用是一种特殊玻璃，所以会和玻璃厂商进行‘太阳能玻璃’的合作”。
如果上述“数据”可靠，由此可算出：
组件系统安装后的成本价将是：
其中光伏电池成本约占整个“组件系统”的1/3~1/3.5。
未看到有关碲化镉光电转化率的报告：据冯良桓先生文章，“碲化镉效率为8%，成本约为1.5美元/瓦，或10.5元/瓦；当效率为14%时，成本为0.2美元/瓦，或1.4元/瓦”。如认为这一估计可靠，那么当成本为6.09元/瓦时，其效率应为11%。又据夏申江博士文章“美国第一太阳能……研究开发的化学转移气相沉积专利技术，在60×120厘米大小白玻璃上，获得10%以上的转化率，……成为全球第一家实现每瓦生产成本在1美元以下的公司。”
由于“四倍聚光+跟踪”所用光电池的光电转化率是20%，而且其单位面积发电峰值功率是50瓦/m2；如认为碲化镉平板的放置间距和“四倍聚光+跟踪”技术近似相等，可算出碲化镉的单位平方米的瓦数是
但实际上，它的“东西”走向的排列会比“四倍聚光+跟踪”略紧凑一些，所以可认为碲化镉的转化率约为11%，而且这是目前大面积碲化镉薄膜发电技术所能达到的最高水平。
至于资源，我们所看到的材料，“地球上有碲14.9万吨，其中美国有2.5万吨，中国有2.2万吨”。冯良桓先生还以碲化镉的厚度为6μm为基础作估算，认为“地球上的碲化镉可供100个年产100MW的生产线使用100年”。现在“第一太阳能”的碲化镉的厚度是3μm，因此可望其产量再增加一倍。如果其厚度再下降到1μm（？！），可望再乘上因子“3”。但功率总量最多只相当于建造60个核电站，而内蒙古引入的项目才约为2个核电站。所以碲化镉薄膜技术在中国还有较大发展空间。严重的问题是：一旦碲的资源被大量使用，其价格必然上涨到和硅电池价位相持平的价格。
如果上述数据可靠，据我们所知，国内将没有任何厂家能和“第一太阳能”竞争。唯一能竞争的技术，是“4倍聚光+跟踪”的发电技术。原因是：1）这是4倍聚光，所以光伏组件系统中的光电池成本只是平板光伏组件系统中光电池的1/4，2）跟踪将至少增加30%的是力。近来，这一技术的光伏发电成本已下降到18~20元/瓦，而且还有继续大幅度下降的空间。
e)当然，降低光伏发电成本的重要措施：进一步提高晶硅光伏电池的光电转化率。
现在由于“太阳能炼硅”的成功，将在不久的将来，在市场上获得廉价晶体硅材料。这将可能用廉价的晶体硅，取代在薄膜电池中用到的，但价格较昂贵导电玻璃，但却同时仍能发出转化率达16%~18%的电力。现在市场上出售的n型单晶硅制作的光电池，可高达22%的转化率，市场价格已下降到9~10元/瓦。但这一高转化效率仍有大幅提高的潜力。这就是下面建议的发展方向：
“n-型硅半导体（p型硅半导体）+各种形式的硅薄膜+如有必要，再适当增加一些能吸收红外线的薄膜”。现有国内制作的光电池，绝大多数采用的是p-型硅电池的技术路线，这要比n-型硅电池少4个百分点。陈教授倡议的“太阳能炼硅”，将能供应优质、廉价的n-型的硅半导体。这也是陈式“炼硅”技术的一大优势。单晶硅能带间隙约在1.1eV，而各种形式的硅薄膜的能带间隙约在1.5eV~2.2eV。所以，不同性质“单晶硅+硅薄膜”的p-n结的组合，将可能将现有光电池转化率提高到25%~30%；甚而更高。这一“新型”硅电池的出现，将不仅有利于进一步推进“4倍聚光+跟踪”的发电技术，而且还能取代放在“南墙”上的薄膜。
一旦实现上述技术路线的大突破，完全可能将每度电售价下降到0.25~0.3元/度电。所以，我个人预测，中国的光伏发电将在3~7年间迅猛发展，亟需大功率、高储能电池的有力的配合。
参考文献：
[1]陈应天，“从近代物理学来看我的太阳梦”，现代物理知识，2007年03期。PP.28-33
[2]陈应天，林晨星，林文汉，“太阳能低倍聚光器”，中华人民共和国国家知识产权局发明专利，申请号200810139986.5，公开号CN101359697A；专利号ZL.200820188217.X，授权公告号CN201256372Y。
[3]陈应天，林晨星，林文汉，“一种采用自旋——仰角跟踪方式的太阳炉”，中华人民共和国国家知识产权局发明专利，申请号200810213419.X，公开号CN101368764A。
[4]CHEN Ying-Tian（陈应天），LIM Chern-Sing（林晨星），HO Tso-Hsiu（何祚庥），LIM Boon-Han（林文汉），WANG Yi-Nan（王亦楠）。Chinese Physics Letter, Vol. 26, No. 7(2009), pp.078103-1。
