中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：據(jù)Inverse報(bào)道，1977年8月9日，美國專利局批準(zhǔn)了美國宇航局下屬劉易斯研究中心三名研究人員的專利申請(qǐng)。這項(xiàng)專利可稱為世界上最早的“太陽能電池板屋頂”，可為住宅提供電力支持。而整整40年后，特斯拉等公司才將太陽能屋頂變成現(xiàn)實(shí)。
圖1：美國宇航局設(shè)計(jì)的原始太陽能瓦片
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，科學(xué)家們經(jīng)過了漫長的探索。美國宇航局設(shè)計(jì)的原始太陽能瓦片可能是未來幾年內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)“太陽能屋頂”的最早方式之一。1977年8月，《紐約時(shí)報(bào)》曾發(fā)文稱，美國航天局收到多份有關(guān)商業(yè)開發(fā)太陽能瓦片專利的申請(qǐng)，但太陽能瓦片的想法在40年前可能過于超前。
3名設(shè)計(jì)太陽能瓦片的研究人員之一亞美利克·弗雷斯蒂埃里（Americo Forestieri）表示：“的確有點(diǎn)兒激進(jìn)。事實(shí)上，它可能不屬于美國宇航局當(dāng)時(shí)正在做的事情，因?yàn)槲覀儺吘故莻€(gè)太空組織?！钡拇_是美國宇航局首次發(fā)現(xiàn)了太陽能電池的實(shí)際應(yīng)用。
直到1958年發(fā)射以太陽能為動(dòng)力的衛(wèi)星“先鋒一號(hào)”，這些電池依然非常原始，效率也很低，對(duì)貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究人員來說，它們不過是個(gè)玩具而已。即使太陽能在地球上還未投入使用，但它是為衛(wèi)星提供動(dòng)力的理想方式，這使美國宇航局成為太陽能研究的天然中心。
圖2：這個(gè)小家伙——先鋒一號(hào)是太陽能的先驅(qū)之一
然而，這并非意味著美國航天局處于即將發(fā)現(xiàn)實(shí)用、廉價(jià)太陽能的邊緣，因?yàn)檫@畢竟不是擺在其面前的主要任務(wù)。格倫研究中心的太陽能研究人員謝拉·貝利（Sheila Bailey）說：“如果你投入了十億美元建造衛(wèi)星，其動(dòng)力系統(tǒng)的成本就可能達(dá)到數(shù)百萬美元，但這不是最重要的。你想要可靠、耐用、高效的東西，因?yàn)橥度胄l(wèi)星的資源畢竟是有限的，你需要生產(chǎn)最有效的電池。”
但有很多時(shí)候，當(dāng)美國宇航局聚焦于空間研究時(shí)，其技術(shù)與地球上的潛在應(yīng)用相吻合。弗雷斯蒂埃里說：“我們知道太陽能電池，我們知道它們很有用，我們知道它們在地面上同樣可用。”到20世紀(jì)70年代，人們對(duì)太陽能的興趣變得日益濃厚，因?yàn)楫?dāng)時(shí)美國對(duì)石油禁運(yùn)令天然氣價(jià)格暴漲，許多研究人員開始認(rèn)真考慮替代能源。
弗雷斯蒂埃里表示，他的同事安東尼·拉塔伊恰克（Anthony Ratajczak）最先提出太陽能瓦片的創(chuàng)意。它以不同尋常的以地球?yàn)橹行牡睦砟蠲摲f而出，他說：“我們可以將這樣的設(shè)備組合起來使用。我們知道它的效率很低，我們不認(rèn)為它會(huì)達(dá)到今天的水平。但現(xiàn)在它已經(jīng)被應(yīng)用于全世界。”
圖3：拉塔伊恰克、弗雷斯蒂埃里以及西多拉克共同設(shè)計(jì)的太陽能瓦片
拉塔伊恰克、弗雷斯蒂埃里以及西多拉克設(shè)計(jì)的太陽能瓦片十分簡單：專利要求的太陽能電池陣列被放置在多種材料上，比如玻璃纖維布上，同時(shí)覆蓋有防水、透明材料。他們利用常規(guī)屋頂?shù)幕ハ嘀丿B的特性，使用邊緣上的連接器在瓦片之間共享和傳輸收集到的能量。
太陽能瓦片的第三名專利研究員勒羅伊·西多拉克（Leroy Sidorak）表示：“你必須在瓦片之間建立起電子連接，并且能夠達(dá)到某種功率水平。”正如你在任何太陽能模塊中做的那樣，每塊太陽能電池都需要通過某種方法與其他電池連接起來。然后你把它們疊加起來，因?yàn)楫?dāng)時(shí)每個(gè)太陽能電池只能產(chǎn)生不到半伏特的能量，為此你必須找到一種方法，以便最終達(dá)到你想要的功率水平。”
這項(xiàng)專利強(qiáng)調(diào)，這種太陽能瓦片不僅意味著可作為能源收藏器，而且本身也有普通瓦片的特性。在這方面，這種40年前的設(shè)計(jì)更接近于特斯拉現(xiàn)在所研究的太陽能屋頂，而不只是把太陽能電池陣列放在屋頂上。
圖4：20世紀(jì)70年代肯塔基州的太陽能房屋
西多拉克說：“我當(dāng)時(shí)認(rèn)為，太陽能集熱器只是把太陽能電池板放到屋頂上，但我們的想法顯然是它的延伸?！蔽鞫嗬耸?人中的材料科學(xué)家，這意味著他的工作就是將弗雷斯蒂埃里和拉塔伊恰克的設(shè)計(jì)變成現(xiàn)實(shí)。這不是最容易的任務(wù)。在他開始研究太陽能瓦片時(shí)，西多拉克已經(jīng)能夠把太陽能電池安裝在堅(jiān)硬的表面上（比如鋁），以幫助保護(hù)它們。然而，玻璃纖維材料起初很柔軟，所以可以用作瓦片。
圖5：拉塔伊恰克、弗雷斯蒂埃里以及西多拉克共同設(shè)計(jì)的太陽能瓦片
找到合適的材料來保護(hù)太陽能瓦片也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。畢竟，人們希望屋頂能夠持續(xù)使用30年，可以抵御雨雪、熱浪以及其他任何天氣現(xiàn)象的侵蝕。相比之下，“先鋒一號(hào)”衛(wèi)星在太空的真空環(huán)境中相對(duì)容易，但在與地球失去聯(lián)系之前，它只運(yùn)行了6年時(shí)間。
最初的太陽能瓦片從未被放在任何人的屋頂上，但是研究人員確實(shí)在路易斯研究中心外的試驗(yàn)場上進(jìn)行了試驗(yàn)。但這些試驗(yàn)畢竟有局限性，它們不可能持續(xù)測試30年，以證明太陽能瓦片在某人的屋頂上真實(shí)有效。但弗雷斯蒂埃里說，他們對(duì)試驗(yàn)結(jié)果表示滿意。
弗雷斯蒂埃里說：“我認(rèn)為，這項(xiàng)發(fā)明帶給我們的啟示是，我們想知道這樣的東西是否能起作用。當(dāng)我們把它連接起來的時(shí)候，我們確實(shí)發(fā)現(xiàn)，它們能夠持續(xù)使用多長時(shí)間，在很大程度上取決于用安置它的材料，以及用來覆蓋它的膜。他們幾乎不受天氣的影響，所以我們認(rèn)為這是個(gè)好主意。
拉塔伊恰克、弗雷斯蒂埃里以及西多拉克設(shè)計(jì)的太陽能瓦片距離投入商用還有很長的路要走。特斯拉太陽能屋頂?shù)某跏汲杀炯s為50000美元，這還要減去各種稅收優(yōu)惠。這是相當(dāng)昂貴的，但依然在富裕房主的負(fù)擔(dān)能力范圍內(nèi)，尤其是當(dāng)你在將30年的能源節(jié)約潛在因素納入考慮之中。弗雷斯蒂埃里估計(jì)，2017年可能需要花費(fèi)25萬到40萬美元安裝太陽能屋頂，才能滿足用戶的電力需求。他說：“如果你不關(guān)心成本，我相信你會(huì)覺得這對(duì)房子有好處。但是成本畢竟很昂貴，當(dāng)時(shí)我認(rèn)為其效率可達(dá)5%，你必須要有足夠的錢才能安裝這種屋頂。”
圖6：從美國宇航局太陽能瓦片中獲得靈感的特斯拉太陽能屋頂
成本和實(shí)用性的問題可能意味著，1977年人們還沒有為他們的太陽能瓦片做好準(zhǔn)備，但2017年以后，可能證明這種技術(shù)的“精神后代”會(huì)迎來截然不同的故事。西多拉克說：“我認(rèn)為這只是時(shí)間問題，太陽能電池正變得越來越好，功耗越來越低，而效率越來越高?！备ダ姿沟侔＠锿瑯訕酚^，他說：“我對(duì)太陽能電池技術(shù)的快速發(fā)展感到吃驚，它不會(huì)造成任何污染，這是個(gè)絕妙的主意?！?
美國宇航局太陽能瓦片的故事可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)完整的循環(huán)。貝利表示，這3名研究人員的初衷是嘗試將基于太空的太陽能技術(shù)知識(shí)應(yīng)用于地球屋頂上，并在將來能應(yīng)用到地球之外的環(huán)境中。她說：“在火星或月球棲息地，這種太陽能瓦片將非常有用。這不是你應(yīng)該忽略的技術(shù)，它可能是你在行星或月球表面上使用的東西。”
鑒于特斯拉電動(dòng)汽車公司創(chuàng)始人伊隆·馬斯克（Elon Musk）自己也希望利用SpaceX建立火星棲息地，這種想法正激起人們對(duì)太陽能屋頂?shù)娜屡d趣。隨著美國宇航局正重啟地球軌道以外的太空探索，也許40多年前美國宇航局3名研究人員提出的太陽能瓦片想法會(huì)重新受到追捧。
