波音平流層太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)背后的中國(guó)身影

　　波音平流層無(wú)人機(jī)背后的中國(guó)身影

　　李正豪

　　美國(guó)航空科技媒體aviation week & space technology最新報(bào)道顯示，美國(guó)波音公司旗下的極光飛行科學(xué)公司（aurora）近日設(shè)計(jì)了一款被叫做“奧德修斯”的平流層太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，這款無(wú)人機(jī)的翼展高達(dá)243英尺（約合74米），打破了無(wú)人機(jī)翼展的世界紀(jì)錄。更加引人注目的是，“奧德修斯”依靠太陽(yáng)提供動(dòng)力，可以有效實(shí)現(xiàn)“無(wú)限飛行”，并且擁有當(dāng)今持久性太陽(yáng)能航空器里面最大的有效載荷能力。

　　在外觀上，“奧德修斯”的最大特征，就是在機(jī)翼表面、尾翼邊緣和垂直尾翼上都覆蓋了太陽(yáng)能電池。aviation week & space technology的最新報(bào)道引用極光飛行首席技術(shù)官和無(wú)人駕駛飛行系統(tǒng)副總裁湯姆·克蘭西（tom clancy）的說(shuō)法表示：“把太陽(yáng)能電池集成到飛機(jī)的結(jié)構(gòu)中，提供了相對(duì)較高的功率重量比?！?/p>

　　與“奧德修斯”本身的設(shè)計(jì)理念和性能特征相比，賦予了“奧德修斯”無(wú)限飛行能力和最大載荷能力的太陽(yáng)能電池技術(shù)更加值得關(guān)注。因?yàn)閷?duì)于無(wú)人機(jī)行業(yè)來(lái)說(shuō)，這很可能是革命性的。

　　而對(duì)于中國(guó)人來(lái)說(shuō)，似乎更有理由去了解為“奧德修斯”提供太陽(yáng)能電池的公司及其技術(shù)——因?yàn)檎菨h能控股集團(tuán)旗下子公司alta devices（以下簡(jiǎn)稱“漢能阿爾塔”）的砷化鎵柔性太陽(yáng)能電池陣列與復(fù)合表面板，在背后為“奧德修斯”打破世界紀(jì)錄提供了技術(shù)支撐。

　　無(wú)人機(jī)突破

　　近年來(lái)，全世界出現(xiàn)了一大批致力于在民用市場(chǎng)和消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)推廣、普及無(wú)人機(jī)技術(shù)的公司，這其中以來(lái)自中國(guó)的大疆最為著名。但對(duì)于無(wú)人機(jī)行業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)法回避的問(wèn)題是，在動(dòng)力方案上無(wú)論采用鋰電池、氫燃料電池等，還是采用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電等，續(xù)航時(shí)間較短都是制約行業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題之一。

　　公開(kāi)資料顯示，當(dāng)前多旋翼無(wú)人機(jī)的續(xù)航世界紀(jì)錄是7小時(shí)17分。一架普通的大疆消費(fèi)級(jí)航拍無(wú)人機(jī)，大概會(huì)配置容量為5000毫安左右的鋰電池，續(xù)航時(shí)間大約為半小時(shí)。

　　隨著民用和消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的不斷壯大，為了改善續(xù)航現(xiàn)狀，更多的動(dòng)力方案被探討和采用。其中一種方案就是，在無(wú)人機(jī)上安裝太陽(yáng)能電池，當(dāng)陽(yáng)光充足的時(shí)候，讓太陽(yáng)能電池自動(dòng)吸收能量，并儲(chǔ)存在電池內(nèi)部作為動(dòng)力來(lái)源，進(jìn)而解決無(wú)人機(jī)的續(xù)航問(wèn)題。不過(guò)，這要求電池必須是輕薄的、柔性的，既可以為無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力，又不能增加負(fù)擔(dān)。

　　在薄膜太陽(yáng)能領(lǐng)域擁有較多核心技術(shù)的漢能，就瞄準(zhǔn)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)做了諸多的嘗試。比如將砷化鎵薄膜太陽(yáng)能電池應(yīng)用在無(wú)人機(jī)上，研發(fā)出續(xù)航時(shí)間為6~10小時(shí)、作業(yè)范圍為400~700公里的固定翼工業(yè)級(jí)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)。公開(kāi)資料顯示，這種無(wú)人機(jī)與常規(guī)的純電池動(dòng)力無(wú)人機(jī)相比，不僅在續(xù)航時(shí)間和作業(yè)范圍上提升較大，而且取得了較大的性能升級(jí)。

　　極光飛行的“奧德修斯”也很好地驗(yàn)證了上述這些說(shuō)法。根據(jù)湯姆·克蘭西的介紹，“奧德修斯”不僅可以承載比同類(lèi)其他任何無(wú)人機(jī)更大的有效載荷，而且有更好的適應(yīng)性和可重新配置性，搭載專業(yè)觀測(cè)設(shè)備以后，可觀測(cè)到關(guān)鍵且復(fù)雜的環(huán)境退化因素，包括植被、冰川覆蓋甚至地面水分等數(shù)據(jù)，將成為天氣及氣候研究的理想設(shè)備。

　　提升砷化鎵轉(zhuǎn)化率

　　實(shí)際上，就在極光飛行推出“奧德修斯”之前，漢能阿爾塔剛剛再次刷新了單結(jié)砷化鎵電池的世界紀(jì)錄。根據(jù)世界三大再生能源研究機(jī)構(gòu)之一的德國(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所（fraunhofer ise）的權(quán)威認(rèn)證，漢能阿爾塔砷化鎵薄膜單結(jié)電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到29.1%，成為新的世界紀(jì)錄。

　　公開(kāi)資料顯示，砷化鎵薄膜單結(jié)電池轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄2010年被alta devices突破。此后，alta devices連續(xù)6次刷新自己創(chuàng)造的世界紀(jì)錄。在29.1%之前，alta devices上一次的世界紀(jì)錄，是2018年上半年創(chuàng)造的28.9%。

　　漢能控股集團(tuán)于2014年8月完成對(duì)alta devices的收購(gòu)，并由此開(kāi)始一直牢牢把握著砷化鎵薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換率紀(jì)錄。到目前為止，在砷化鎵薄膜太陽(yáng)能領(lǐng)域，漢能不僅擁有單結(jié)電池29.1%的世界紀(jì)錄，而且擁有雙結(jié)電池31.6%以及量產(chǎn)組件25.1%的世界紀(jì)錄。

　　作為一項(xiàng)面向未來(lái)的薄膜太陽(yáng)能技術(shù)，在相同面積下砷化鎵技術(shù)能夠產(chǎn)生的效能，可以達(dá)到普通柔性太陽(yáng)能電池的2倍到3倍，是目前全世界轉(zhuǎn)換率最高的薄膜太陽(yáng)能技術(shù)。

　　“隨著我們?nèi)找孢~向自動(dòng)化機(jī)械時(shí)代，能夠不間斷獲得能源補(bǔ)充變得愈發(fā)重要?！盿lta devices首席營(yíng)銷(xiāo)官里克·卡普斯塔（rich kapusta）表示。里克·卡普斯塔認(rèn)為，隨著自動(dòng)化機(jī)械的趨勢(shì)日益明顯，人類(lèi)需要一種能量來(lái)源，這種能量來(lái)源既可以不間斷地產(chǎn)生電力，又幾乎不會(huì)改變接收電力的物體形態(tài)。多年來(lái)，漢能阿爾塔專注于用砷化鎵薄膜太陽(yáng)能技術(shù)，為希望實(shí)現(xiàn)能源自治的產(chǎn)品和系統(tǒng)提供電能。“阿爾塔的目標(biāo)是幫助實(shí)現(xiàn)更為廣泛的自治系統(tǒng)，并持續(xù)引領(lǐng)薄膜太陽(yáng)能行業(yè)，我們相信這是實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新的最佳方式?！睗h能阿爾塔首席執(zhí)行官丁建說(shuō)。

　　漢能阿爾塔是這樣說(shuō)的，也是這樣做的。漢能薄膜發(fā)電集團(tuán)相關(guān)人士表示，由于砷化鎵薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)具有轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)，同時(shí)兼具輕、薄、柔的特性，這使得薄膜太陽(yáng)能芯片能夠在不影響產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)的情況下，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、無(wú)人機(jī)、無(wú)人駕駛系統(tǒng)、衛(wèi)星、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、傳感器、遠(yuǎn)程探測(cè)等各種應(yīng)用領(lǐng)域。

　　開(kāi)創(chuàng)“移動(dòng)能源”新時(shí)代

　　不僅是砷化鎵薄膜太陽(yáng)能領(lǐng)域，在銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能領(lǐng)域，漢能同樣擁有世界領(lǐng)先的技術(shù)水平，目前的最高轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到了21%。

　　漢能之所以在薄膜太陽(yáng)能技術(shù)的多個(gè)領(lǐng)域擁有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，與此前幾年的技術(shù)儲(chǔ)備不無(wú)關(guān)系。公開(kāi)資料顯示，2012~2014年間，漢能控股集團(tuán)在全球光伏太陽(yáng)能行業(yè)整體低迷的背景下持續(xù)逆勢(shì)投入，先后完成了對(duì)德國(guó)銅銦鎵硒（cigs）薄膜太陽(yáng)能電池制造商solibro、美國(guó)銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池制造商miasolé和global solar energy（gse）、美國(guó)柔性砷化鎵薄膜太陽(yáng)能電池制造商alta devices公司的收購(gòu)，為今天漢能擁有并掌握柔性薄膜太陽(yáng)能生產(chǎn)線核心裝備的自主設(shè)計(jì)和制造能力奠定良好的基礎(chǔ)。

　　收購(gòu)?fù)瓿梢院?，漢能積極對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行整合消化，并且持續(xù)穩(wěn)定地投資研發(fā)，讓漢能的技術(shù)研發(fā)基地和產(chǎn)品研發(fā)中心遍布美國(guó)、瑞典、德國(guó)、中國(guó)北京、中國(guó)成都等，共擁有2000多名研發(fā)人員。截至2018年11月26日，漢能全球累計(jì)申請(qǐng)專利8600件，累計(jì)授權(quán)專利1880件。目前，漢能阿爾塔單結(jié)砷化鎵薄膜太陽(yáng)能量產(chǎn)組件光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到25.1%，子公司solibro的玻璃基大面積銅銦鎵硒（cigs）薄膜太陽(yáng)能量產(chǎn)組件的光電轉(zhuǎn)換率達(dá)到18.72%；子公司miasolé采用濺射法制造的柔性銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能量產(chǎn)組件的光電轉(zhuǎn)換率達(dá)到19.4%，均為目前全球最高水平。

　　而且基于這些領(lǐng)先技術(shù)，漢能抓住太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與民用產(chǎn)品結(jié)合發(fā)展的浪潮，率先提出“移動(dòng)能源”的發(fā)展戰(zhàn)略，將自己多年以來(lái)積累的薄膜太陽(yáng)能技術(shù)體系，與共享單車(chē)、背包、新能源汽車(chē)等產(chǎn)品載體相結(jié)合，讓高端太陽(yáng)能技術(shù)走進(jìn)尋常百姓家。

　　比如，在共享經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，漢能與摩拜等共享單車(chē)企業(yè)合作，在共享單車(chē)的車(chē)筐里集成薄膜太陽(yáng)能技術(shù)芯片，用于為智能鎖供電等；再如于新能源汽車(chē)領(lǐng)域，漢能與奧迪合作、與合作，研發(fā)打造薄膜太陽(yáng)能車(chē)頂，以擺脫傳統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)對(duì)充電樁的依賴；另外，在建材市場(chǎng)漢能融合薄膜太陽(yáng)能技術(shù)的一系列新型建材產(chǎn)品——漢瓦、漢墻均已橫空出世。

　　漢能的“移動(dòng)能源”戰(zhàn)略與我國(guó)的大政方針也不謀而合。2018年4月，工信部、住建部等六部委聯(lián)合發(fā)布《智能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2018~2020）》，明確提出“推動(dòng)先進(jìn)光伏產(chǎn)品與消費(fèi)電子、戶外產(chǎn)品、交通工具、航空航天、軍事國(guó)防等結(jié)合，鼓勵(lì)發(fā)展太陽(yáng)能充電包、背包、衣物、太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)、快裝電站等豐富多彩的移動(dòng)產(chǎn)品”。業(yè)界紛紛預(yù)測(cè)，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累，漢能正在迎來(lái)一個(gè)萬(wàn)億級(jí)規(guī)模的“移動(dòng)能源”新時(shí)代。

責(zé)任編輯：張國(guó)帥