摘要：近日，美国通过史上最大气候法案，此次法案规模高达3900亿美元，虽然，对比美国总统拜登上任之初设想的万亿美元，该法案的具体规模已大为缩水，但无疑仍将是一个历史性的气候法案。该法案的通过和实施，可能帮助美国温室气体排放在2030年减排40%，...
近日，美国通过史上最大气候法案，此次法案规模高达3900亿美元，虽然，对比美国总统拜登上任之初设想的万亿美元，该法案的具体规模已大为缩水，但无疑仍将是一个历史性的气候法案。该法案的通过和实施，可能帮助美国温室气体排放在2030年减排40%，已接近拜登提出的减排50%的承诺。
太阳能：未来真正的能源之王？
文/陈思进
众所周知，人与动物的差别不仅在对于工具的利用，更在于对能源的利用。一直以来，能源危机之说虚虚实实，石油和矿物燃料告罄有日，而新能源尤其是非常规油气资源的发展，却使得当代能源危机变成了一个伪命题。
之前，我在《再谈可控核聚变：未来能源希望之星》一文中曾经提及，《商业内幕》（Insider）杂志母公司Axel Springer的首席执行官Mathias Dpfner，在加州弗里蒙特的特斯拉工厂与马斯克展开深度的对话，自然而然地探讨了能源的话题。马斯克认为，当下最佳的能源是核能，而太阳能则属于未来。
话音刚落，紧随着英国之后，南韩总统尹锡悦发布了《核电复活宣言》，甚至痛批前任总统文在寅“犯傻5年”，他毫不犹豫地决定，将废除文在寅前政府的去核电政策，并表明让新韩蔚核电厂3、4号机组建设项目尽快复工的立场，而且雄心勃勃地表示将在2030年之前出口10座核电站！
其他一些国家如德国、法国、日本、甚至中国的台湾，也都纷纷宣布了力推核能的决心，因为核能发电除了能解决目前的能源高价，更能解决高科技发展的能源问题。顺便一下，未来的芯片之争，除了技术等方面，还将是电力之争……
而可控核聚变的问题，已经在之前的《再谈可控核聚变：未来能源希望之星》的文章中议论过了，那么此文就着重谈一下未来的能源之王——太阳能。
首先必须认清的是，太阳非但拥有人类取之不尽，用之不竭的能量，更是我们地球上几乎所有能源的源泉。而太阳的能量是来自于太阳内部的核聚变，其所蕴藏的能量非常之巨大，并且不断向外辐射。
据粗略的估计，太阳向宇宙全方位辐射的总能量流为4×10^26 J/s。其中，太阳向地球输送的光和热，每分钟达250亿亿卡的热能（2.5×10^18 cal/min），换算成煤炭能源，大致相当于每秒燃烧667万吨所产生的能量；如果按一年365天计算，太阳辐射到地球表面的能量，相当于人类现有各种能源在同一年中所提供能量的上万倍。太阳能除了能量巨大，最关键是具有长久性。据目前太阳产生的核能速率估算，氢的储量足够维持上百亿年，那么相对地球、尤其对于人类而言，太阳能便是取之不尽用之不竭的能源。
当下，最广为使用的太阳能技术有三种：分别是光伏（PV）设备，例如太阳能板，通过半导体将太阳光直接转化为电能；聚光太阳能（CSP）发电厂，利用镜子将太阳光聚焦，产生足够的热能为蒸汽轮机或发动机提供动力发电；以及太阳能加热与冷却（SHC）系统，利用太阳的热能提供热水或冷气，以取代所需的电力或天然气。
再特别提一下太阳能的环保性。
与烧煤产生的能量所不同，太阳能不会产生造成全球变暖的温室气体，是迄今为止最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一特点极其宝贵。
美国能源部（U.S. Department of Energy）最新的一项研究认为，到2035年将利用太阳能为全美提供40%的电力，而且这个比例到了2050年将达到45%。美国能源部长（Secretary of Energy）珍妮弗·格兰霍姆（Jennifer M. Granholm）于去年9月8日在发布《2021年太阳能前景研究》（2021 Solar Futures Study）时表示：“这项研究表明，太阳能这种价格最便宜、增长最快的清洁能源，到2035年能提供足够的电力，供美国所有的住户使用，并能在这个过程中让多达150万人就业。”
美国承诺到2030年将碳排放削减50%到52%，到2035年实现电力脱碳，并到2050年实现碳中和，而这些研究为在州及联邦层面采取有魄力的行动开辟了道路。
事实上，中国也在大力发展太阳能，以光伏发电为例，当今中国的光伏产业在经历了多年的快速发展之后，在2018年经历了行业低谷，“531”政策的实施使得光伏补贴降低、产品利润下降、企业盈利能力堪忧。但与此同时，这也加速了中上游企业的“洗牌”，淘汰落后产能，促进企业加大技术创新投入，加速光伏补贴完全退出市场，促使中国光伏平价上网时代更早的到来。无论外部环境如何，随着越来越多的科研工作者投入到各类太阳电池的研发，中国在光伏材料、器件及应用方面都取得了重大进展，相信未来的太阳能产业，必定会进一步地发展与扩大。
当然，太阳能也存在着两大缺点，至少目前还难以克服，不然的话，太阳能早就取代石化能源了：
首先是分散性，到达地球表面的太阳辐射总量尽管很大，但是能流密度很低，也就是说地球单位面积内所接收的太阳能较少。这就意味着在利用太阳能时，想要达到一定的转换功率，就需要面积相当大的一套收集和转换设备，系统造价较高；
其次，太阳能存在着不稳定性。由于太阳能受到昼夜、季节、地理纬度和海拔等自然条件的限制，以及晴、阴、云、雨等随机天气因素的影响，到达某一地面的太阳辐射能量极不稳定，这给太阳能的大规模应用增加了难度。
埃隆·马斯克也说过：从长远来看，人类文明的大部分能源将来自太阳能，但这需要使用电池来储能，因为只有白天才有太阳，而且有时还会出现阴天，所以需要太阳能电池，未来还有很多技术问题有待解决。但长期来看，太阳能将是为人类文明供电的主要手段。
不过，即使我们能够将太阳辐射到地球上的能量全部吸收利用，几百年后一旦能源需求增长到上述极限了，怎么办？戴森球就是要设法解决这个问题。
1959年，曾担任爱因斯坦副手的美籍英裔理论物理学家Freeman Dyson（弗里曼·戴森）认为，任何技术文明对能量的需求都是“贪得无厌”、不断增长的。如果人类文明能够延续足够长的时间，有一天必然对能量的需求会膨胀到利用其母恒星（如太阳）“全部”的能量输出。
因为太阳的辐射总能量，绝大部分都在无垠的太空中白白浪费了，地球依靠太阳的自然照射，能够得到其中的多少份额呢？戴森已经估算过了，大约是十亿分之一。
换句话说，地球从太阳自然照射中得到的总能量，虽然是目前地球全球总能耗的约一万倍，但这只是太阳总辐射能量中的约十亿分之一。戴森球的想法，就是要让地球这颗小豆子，从太阳辐射能量的这十亿分之一外，尽可能再多拿到一些。
1960年戴森在《Science》杂志上发表了一篇短文，提出了戴森球的想法：一个足够先进的行星文明，应该有能力建造一个球形结构，将自己和自己的恒星（太阳）包裹在里面，这样太阳的很大部分辐射能量，便可以被采集起来供该文明使用。此后人们就将这种想象中的球形结构称为戴森球。
戴森还认为，这样的结构是在宇宙长期存在，并且能源需求不断上升的文明的逻辑必然。虽然戴森球的设想从提出至今已过60多年，它的实施（如果可能的话）必定在极为遥远的将来。而人类发明的众多高科技，不就是从不断地畅想中产生出来的吗？
2022年07月18日写于多伦多安大略湖畔
（思进注：除注明作者之外，所有文章皆为思进原创。原创文章，谢绝未保留作者相关信息的任何形式的转载。【免责声明】本文仅代表原作者个人的论述和观点，敬请读者自行判断。内容或者数据仅供参考，不构成任何具体投资建议、不作任何商业用途、更不对其真实性负责。投资者据此操作，风险自担。）
