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远在芝加哥南边，一块废弃的工业用地，看起来不可能盖起大型太阳能发电厂。别的不说，芝加哥并不是阳光亮丽的城市。而这块地本身，曾经是战后的生产中心，却已经荒废35年之久，长满了树木和杂草，附近是一堆老旧的房舍。但美国最大的电力公司之一艾索伦(Exelon)表示，到年底，希望将15.78hm2的土地开发成全国最大的都市太阳能发电厂。要是得偿所愿，加州圣荷西(SanJose)的太阳能发电产品制造商太阳动力，将生产和安装一排排约33,000片的硅太阳板，覆盖在那块土地上，产生1000万W的电力，足供1200到1500户家庭使用。
不过，这个都市变貌的设想情境，前头带着一个很大的“如果”。如果艾索伦得到今年联邦奖励法案承诺的可再生能源计划高额贷款保证，上面所说的事情才会发生。就艾索伦这项太阳能发电计划而言，80％需要靠联邦奖励法案的承诺。有了贷款保证，以及联邦和州其它几笔补贴才勉强可行的这座太阳能发电厂，需要斥资6000万美元，少了政府的助力，根本经营不下去。艾索伦负责新业务开发的资深副总裁汤玛斯·欧尼尔(Thomas O’Neill)，在距芝加哥市区约32km，48楼的办公室接受访问，坦率谈起这座太阳发电厂的经济面。“如果我们无法取得贷款保证，这项计划就做不下去，”他说。
欧尼尔说，就算有联邦的补贴，太阳能发电厂还是没办法提供大型能源计划的投资人通常要求的两位数报酬率。建厂生产1W的电力需要6美元的成本，而风力和天然气发电厂1w的成本各为2美元和1美元左右。而且，10个百万W的电力和艾索伦庞大的发电容量36000个百万W相比，根本是小巫见大巫。但欧尼尔说，这项计划是为了奖励方案中，奥巴马总统提出的一些目标“量身订做”的，它将创造就业机会(建厂需要用到250人)，而且将证明太阳能发电厂可以“引进到中西部和旧城区”。
芝加哥计划中的这座电厂，只是2月中旬联邦奖励法案通过后，许多可能推动的可再生能源计划中的一项而已。美国能源部仍在选择将获得贷款的计划，同时决定其它新提拨的补贴要怎么花。不过，眼见可能有庞大的利益存在，中西部的风力电场、内华达州西南部沙漠庞大的太阳能发电厂，以及西北部的地热发电厂计划纷纷出笼。根据能源部所属独立机关能源信息管理局(Energylnfo rmation Administration；EIA)最近的分析，奖励法案将使可再生来源的发电容量，从今天的1140亿W，增为2015年的1560亿W；如果没有这项法案，可再生能源的发电容量只会增加到1180亿W。
可是EIA的报告也指出叫人忧心的现实：增加使用可再生能源，对二氧化碳排放量的长期影响很小。即使1560亿w，也只能满足美国能源需求的一小部分。还有，就像能源部长朱棣文(StevenChu)经常表示的，现有的可再生能源技术，不能大量提供具有成本竞争力的能源，显著降低这个国家对石化燃料的倚赖，而石化燃料会排放温室气体。
在朱棣文的领导之下，能源部开始大量投注资金，研究新的可再生技术。今春能源部宣布5年动用7.77亿美元，资助46座新的能源研究中心，另外提拨2.8亿美元给8个“能源创新中枢”，以及4亿美元激活先进研究计划署——能源计划(Advanced ResearchProiectsAgency-Energy)。这是仿效1960年代的ARPA计划推动的；ARPA做了很多事，包括催生互联网。
针对现有的技术提拨研究资金和补贴，对太阳能产业来说，可能格外要紧。许多物理学家和化学家表示，找到效率更高的方式利用太阳能，是取代石化燃料，以及显著减低温室气体产生，唯一可行的长期选项。“我们沐浴在这些量子粒子之中，从太阳而来，如雨点般打在我们身上的每颗粒子，都带有约两电子伏特的能源，”劳伦斯柏克莱实验室(Lawrence BerkeleyLaboratory)的代理主任，以及它的太阳能研究中心主管保罗·艾利维沙托斯(Paul Alivisatos)说。“那是能源所在的地方。”但是太阳能现在只占美国发电容量1000个十亿瓦特的1％，主要原因在于成本太高。
像艾索伦将使用的硅电池，是用计算机芯片使用的那种高级硅做成的。已安装的光致电容量，绝大多数都是采用这种硅电池，却还是比传统的电力来源贵上约五倍，很难竞争。比较新型的太阳能电池是用半导材料薄膜，取代单晶硅，生产起来可能比较便宜，效率却差了一截。使用大量的镜片数组，搜集阳光，产生蒸汽，驱动涡轮机，这种集中太阳热能的方法，成本可能比较接近石化燃料，可惜设施兴建成本贵，而且需要在日照异常充足的地方找到大片土地才行。事实上，目前的太阳能技术，政府不加补贴的话，无一具有竞争力。这表示，政府的政策，以及制定政策的人所做的选择可能说变就变，所以太阳能发电的命运也就前途难卜。
太阳王
阿诺德·葛曼(ArnoId Goldman)最清楚州和联邦政府的能源决策，对太阳能产业的影响有多深远。1980年代初，他的公司鲁兹国际(Luz International)在加州莫哈维沙漠(Moiave Desert)中间盖了9座大型太阳热能发电厂，总发电容量是354个百万瓦特。鲁兹那时的发电厂供应的太阳能发电量占全球的90％。他们使用的技术，是根据一套独创的设计，用上数十万片镜片，散布在地面上，集中阳光到上方的管子网络，管子里面含有合成油，热油将水加热，产生蒸汽，驱动涡轮机，进而产生电力。
第一组太阳能发电设施1984年上线运转，因为联邦和州政府慷慨的奖励办法，而具有经济上的可行性。1979年，卡特总统订下2000年之前美国的电力应有20％来自可再生能源的目标(今天这个数字仍然只有约2％)。卡特和国会通过的奖励措施中，可再生能源计划的投资人可以申报很高的扣抵税额，1978年通过的公共公用事业管理政策法(PublicUtility ReguIatory PoliclesAct)，对替代能源的生产者提供进一步的优惠办法。
可是葛曼谈起往事说，到了1990年底和1991年初，一切都变了。卡特政府订立的扣抵税额，到了里根总统任内“缩水”。但最后的一击，来自加州的税制叫人不解的转变。州政府本来豁免可再生能源设施的物业税，鲁兹最大的设施价值超过10亿美元，所以每座发电厂的免税金额高达2000万到3000万美元之间。接近1990年底，加州州长否决物业税继续停征之议。1月间，鲁兹那时每个月支出2000万美元兴建第十座发电厂，新州长上任赌他会很快改弦易辙；但不幸的，新州长并没有立即恢复免税优惠，结果鲁兹赌输了。“我们估算错误，”葛曼说，“钱用光了，只好结束经营。”
现在，加州和联邦政府再次端出可再生能源的优厚奖励办法，葛曼又回来了，而且这次野心更宏伟。 2006年，他在加州奥克兰(Oakland)创立亮源能源(Brightsource Energy)；向创业投资公司和企业投资人募集到1.6亿美元之后，计划兴建一系列发电厂，合计发电容量超过40亿W。这些发电厂将使用鲁兹过去所用技术比较新的一种，可以达到远高于从前的温度；而且，不再将油管网络加热，而是利用数十万片镜片，将阳光集中到约100米高塔上方的中央锅炉。亮源预期第一座商业化设施——400个百万瓦特，世界最大的太阳能发电厂之一，将于2011年底在加州伊凡帕(1vanpah)开始运转。可是和芝加哥的太阳能发电厂一样，政府提供的奖励措施，攸关将需要约20亿美元资金的这项计划能否存活。联邦政府的贷款办法由美国财政部直接放款，可以用来支应60％的成本；所以这家公司只需要向投资人募集8亿美元，投资人又得以享有6亿美元的可退税扣抵税额(可再生能源的投资扣抵税额，早在奖励办法出炉前就存在，但是法律有个关键性的调整：现在允许投资人选择收到相当于投资金额30％的直接补助，而以前必须将扣抵税额用于冲抵税负)。
亮源的财务长杰克·任金斯一史塔克(JackJenkins-Stark)负责灵活运用这些数字。“一切都要靠资金，”他说。发电厂的运转成本很低——“也许一年2,000万美元就够了。”但在去秋商业性贷款和债务市场崩跌之后，几乎不可能找到20亿美元来支应建厂成本。他说，现在唯一可行的找钱方法，是和联邦贷款挂钩。投资人受到政府奖励措施的鼓舞，才有可能掏钱。
但是任金斯一史塔克很快又表示，联邦政府的钱带有很多风险。这笔贷款当然迟早得还。而且，虽然有了联邦政府的奖励措施，找到愿意拿出几亿美元来冒险，利用新技术兴建巨型太阳能发电厂的投资人，现在“容易得多”，他说，“却还是很难。”
葛曼乐于接受这样的挑战。上一次的太阳能帝国破产，并没有叫他心灰意冷。葛曼现在准备在内华达、加州、新墨西哥、亚利桑纳广大的土地上，盖起庞大的太阳热能发电厂。不过，这一次，葛曼可能搞得更大。单单在加州，新的太阳热能发电容量，计划中就有约60亿瓦特。不过，葛曼说：“我们需要一个能够预测的政策环境。”
捕捉一些光线
大概在1980年代中期，也就是葛曼忙着在莫哈维沙漠铺设镜片的同一时间，当时史丹福大学(StanfordUniversity)的电机工程教授理查·史旺森(RichardSwanson)，也自创公司太阳动力。两人都有远大的愿景，想在沙漠里盖满大型的太阳能发电厂；但葛曼打算把太阳能转化为蒸汽，然后产生电力，半导体和微电子专家史旺森，却想利用从精密制造的硅晶圆做成的太阳能电池。
史旺森在太阳动力圣荷西公司总部后面一块尘土飞扬的地面，展示该公司的技术；如果一切进行良好，艾索伦将在芝加哥安装太阳动力的技术。一排大型太阳板装在会转向的机关上，每隔几分钟就略微倾斜，让太阳板继续朝向太阳；每一块板子有几十个高效率的太阳能电池。这种太阳能电池，正是史旺森在史丹福开发出来的。靠太阳能驱动的马达，转动板子时轻轻发出哧哧响声；到了晚上，马达把板子转向朝东，等候隔天的日出。
史旺森的电池，是商业化供应的光致电技术形式中，效率最高的，它们把射来约22％的阳光转化成电力(芝加哥的太阳能板产生的电力，将是阳光比较充足地区的三分之二左右)。但是太阳能板和哧哧作响的马达，也深切提醒我们：硅光致电技术要做到够便宜，能和比较传统的电力来源竞争，有多困难。
史旺森说，现在有30％的投资扣抵税额优惠，日照充足地区太阳能发电厂的能源成本，在尖峰时段和化石燃料产生的电力相较具有竞争力。但这是太阳能发电最好的可能情境。在日照较少的地区，以及每天中午以外的时间，当电价很高，而且太阳能电池效率最高的时候，光致电技术产生的电力仍太过昂贵。
近年来有数十家新创公司相继冒出头来，每一位创办人都希望他们所用的技术，成本效益比别人高，但史旺森觉得，把目标放在这里，其实是努力错地方了。他说，随着业界的快速成长，从硅光致电技术产生的电力，每年成本减低5％到8％；5年内，由于现有的技术改善，以及制造商实现规模经济，就算没有联邦政府的奖励措施，它也会具有竞争力。
“我们不需要突破，”史旺森说，“等待(光致电技术)下一个大突破，除了脚下长藓，什么事也不会有。”他补充说，“我们有一张地图，可以很清楚看到如何将成本减为今天的一半，这就足以引发爆炸性的业界成长。”
转变思路
太阳能产业或许不需要什么突破，也能继续维持稳健的成长率。但是许多科学家表示，少了急剧性的进展，太阳能永远无法供应所需数量庞大的电力，终有一天取代石化燃料。能源部长4月底宣布的46座新能源研究中心，24座正在研究和太阳能有关的技术，未来5年每年各获得200万到500万美元的资金。同样的，能源部的8个新创新中枢，有2个将聚焦于太阳能技术：一个研究电力，另一个研究以燃料形式储存太阳能源的技术。根据能源部2010年的预算草案(在奖励法案过关后短短几个月提出)，大部分新能源技术的增幅都不大，太阳能的研究预算却增加将近一倍。
不少研究的重点放在克服光致电技术的根本难题：成本和效率如何权衡取舍。传统的太阳能电池效率高，因为制造它们用到的硅，是以单晶的形式生成，成为有序排列完美的分子结构；当半导体吸收阳光，光的能量激发电子，使之丝毫不受阻碍地行经这个晶体结构，脱离原子而产生电流。但是用单晶硅生产所需的装置，相当困难且昂贵。比较新的光致电技术使用的材料，有序结构较差，也能以薄膜的形式沉积；它们制造起来比较简单和便宜，效率却也较差。
“谈到光致电技术，你不是享有高效率，就是享有低成本，但我们迫切需要的是兼而有之，”加州理工学院(CaItech)的物理学和材料科学教授哈里·艾特华特(Harry Atwater)说。“太阳能面对的挑战之一，是如何以合乎成本效益的方式，从几百个十亿瓦特增加到一兆瓦特的电力。”他说，要做到这件事，可能需要用到“非常不同于我们今天所用”的技术。
艾特华特将领导加州理工学院由能源部提供资金的一个能源研究中心。科学家将在这里研发能让薄膜光致电技术以更高的效率吸收阳光的材料，这些材料也许可以用不同种类的半导体做出来，它们的微结构设计能以新方式和光互动。艾特华特说，光线射到用这些材料做成的太阳能电池，可以迫使它们“转个弯”，并行进到薄膜的表面。因此，和光线垂直通过表面比起来，太阳能电池有机会吸收高出许多的光线。
其它地方的研究工作者，则希望克服光致电电池 使用无序材料一定会遭遇的挑战。当光线射击这种材料中乱成一团的分子，被激发的电子和它们脱离后留下的电子“洞”，会形成粒子般的配对，称做激子(excitons)。麻省理工学院(MIT)的电机工程教授马克·波尔多(Marc Baldo)说，植物透过光合作用，用来捕捉能量的过程中，激子扮演某种角色；此外，有机发光二极管(organic Jight-emitting diodes)也用它们来产生光。而且，他说，也许有可能在奈米的尺度操纵这些激子，以改善无序材料的光致电特质。波尔多领导能源部资助、专门研究激子的一个能源研究中心，其中网罗了来自麻省理工学院、哈佛大学(Ha rvardUniversity)、布鲁克海文国家实验室(BrookhavenNationalLaboratory)的研究工作者。
不过，利用阳光来产生电力，终究无法充分供应我们需要的能源：目前的太阳能技术毕竟只能在白天产生电力，而电力的储存不容易。所以我们必须找到方法，利用阳光来制造氢之类的燃料。氢的储存容易且便宜，可以先存起来，需要使用的时候再用。学习如何以很高的效率，直接从太阳制造这些燃料——这个过程称做人工光合作用，因为目的是模仿绿色植物的自然流程——“仍要耗上二十到三十年的光阴，”加州理工学院的化学家哈里·葛雷(Harry Gray)说。他也是一个太阳能研究协作团队的领导人，有来自多所大学的科学家共同参与。虽然研究工作者(包括他的团队成员)在人工光合作用的若干层面取得“不错的成果”，许多困难的问题仍然尚待解决。 “需要很长的时间来摸索出眉目，”他说。
硅光致电技术在相当长的一段时间内，仍会是主流的太阳能技术，葛雷说。“如果一切进展顺利，我们会有比较便宜的太阳能电池，不用单晶硅，而是例如采用有机光致电技术。但是(过渡到比较便宜光致电技术)不会走得那么快。”
发展助推力
我们急需过渡到效率更高的技术，奖励法案能给我们一把助力吗?塞维林·波伦斯坦(SeverinBorenstein)表示怀疑。波伦斯坦是加州大学(Un iversity ofCalifornia)能源研究所所长，他说，奖励法案提拨资金的问题，在于面对现有的技术时，能源部需要挑选它要支持哪些计划。“所以这叫人担心政府可能投资到错误的技术，”他说，挑选技术赢家，“一向不是它非常擅长的。”他相信，要促进可再生能源的成长，远比这有效的方法，是透过碳税或者总量交易管理(cap-and-trade)办法，给二氧化碳排放量订个价格。这两个方法，都能经由市场提供运用可再生能源的诱因，而且会是比较有效率的方法，政府的政策也能保持“技术中立”。在此同时，他说，政府资助研究新的可再生能源技术十分重要。
波伦斯坦表示，从经济学家的观点来说，只有在“市场失灵”之处，政府提供补贴才有可为。所谓市场失灵，是指市场并没有分配足够的资源，去追求对社会有利的目标，例如减低温室气体排放。所以政府的奖励措施要支持财务风险高，却可望造福公众的努力。他说，在这种情况下，公共资金用于研究新的太阳能技术，说起来就很有道理——但是补贴目前的商业化技术，尤其是光致电，立论依据便“很薄弱”。他说，即使和风力、太阳热能等其它的可再生能源相比，现有的光致电技术也很昂贵，而且它们不见得会带来比较便宜的技术。“你显然需要铺设(太阳能)板子，但那会产生持久的效益吗?它会帮助你建立太阳能产业吗?我想答案可能是不会。”
波伦斯坦说，政府直接补贴，支持目前的光致电技术，其实可能反而阻碍了效率更高的技术开发。 “当你投资目前的技术，毫无疑问会有经济学家说的‘选择价值’(option value)失去的问题，”他说。“如果技术就要变得好很多，而且是因为和发扬光大目前的技术无关的理由，而是因为科学会进步而变得好很多，那么等候是有道理的。现在投资，就会排挤未来的投资。钱最好花在五年后的新科技上。”
卡内基美隆大学(CarnegieMellon University)工程与公共政策系的研究工作者在最近的一篇论文中，调查顶尖的太阳能专家的意见，探讨光致电技术的未来，结论不只指出这种技术远比风力，甚至太阳热能等其它的可再生能源要贵，而且未来40年“可能很难有经济竞争力”。“这个结果叫人泄气，”卡内基美隆的工程教授兼系主任格兰杰·摩根(GrangerMorgan)说。
摩根表示，短期内补贴风力和太阳热能，可以帮助它们变得更加便宜，足以和传统的电力来源竞争。“可是硅光致电技术真的很不一样。依目前的技术来看，我看不出会有那样的事发生。”他怀疑，目前的光致电技术使用量就算增加一倍或者两倍，也没办法急剧拉低价格。“当然了，”他说， “如果你开会时站起来说这种话，西红柿马上开始飞过来。”
其实，许多专家相信现有的光致电技术扮演吃重的角色，能藉以促进太阳能新形式的诞生。劳伦斯柏克莱实验室的艾利维沙托斯坚称，以更大的规模开发它们，将“为下一代的技术铺路”。他说，由于这个理由，光致电技术在市场上站稳脚跟是很重要的一件事。“有个现在就能上线运转的产业是有道理的，”他说，“未来数十年，那个产业可望吸纳新的发展，以及推出更新的产品。”
加州理工学院的葛雷同意他的看法。他表示，我们需要尽快安装尽可能多的太阳能技术。说这话时，他语气中的迫切性明显感受得到。“我们需要现在就投资已有的技术，那就是硅光致电技术，”葛雷说。“我们应该尽可能在每个地方设置(太阳能发电设施)，好让人们看到果然不一样。我们不能坐着等突破发生，我们需要让人看到太阳能有可为之处。”
光致电技术能够扮演什么样的角色，言人人殊，而这只是政府的政策应该鼓励举国转向清净能源，用什么方式最好，更大辩论中的一环。我们就要在全国各地看到这幕戏上演。
能源部可能很快就会对艾索伦兴建芝加哥太阳发电厂的贷款申请做出决定。即使动工兴建，这座设施只占全美总太阳能发电容量的一小部分，也只占艾索伦的电力组合很小的一部分。但葛雷有一点肯定是对的：这种设施，位在美国的一个大都市，将有如太阳能的门面，大家都在看，它的命运攸关重大。
几家公司表示，能源部正不厌其详，审查它接到的数百件贷款申请，严格评估申请人的财务是否健全，以及计划兴建的设施有多大的市场潜力。不过，判断艾索伦能不能在芝加哥南边设厂时，不能轻忽政治因素。毕竟，奥巴马总统的家就在十三英里外，而且当地政坛人士多年来奔走呼吁，希望重振周边地区的活力。政治一直扮演举足轻重的角色，能够左右美国未来的能源走向，尤其是在谈到太阳能的时候。不信，去问葛曼就知道。
不过，这个都市变貌的设想情境，前头带着一个很大的“如果”。如果艾索伦得到今年联邦奖励法案承诺的可再生能源计划高额贷款保证，上面所说的事情才会发生。就艾索伦这项太阳能发电计划而言，80％需要靠联邦奖励法案的承诺。有了贷款保证，以及联邦和州其它几笔补贴才勉强可行的这座太阳能发电厂，需要斥资6000万美元，少了政府的助力，根本经营不下去。艾索伦负责新业务开发的资深副总裁汤玛斯·欧尼尔(Thomas O’Neill)，在距芝加哥市区约32km，48楼的办公室接受访问，坦率谈起这座太阳发电厂的经济面。“如果我们无法取得贷款保证，这项计划就做不下去，”他说。
欧尼尔说，就算有联邦的补贴，太阳能发电厂还是没办法提供大型能源计划的投资人通常要求的两位数报酬率。建厂生产1W的电力需要6美元的成本，而风力和天然气发电厂1w的成本各为2美元和1美元左右。而且，10个百万W的电力和艾索伦庞大的发电容量36000个百万W相比，根本是小巫见大巫。但欧尼尔说，这项计划是为了奖励方案中，奥巴马总统提出的一些目标“量身订做”的，它将创造就业机会(建厂需要用到250人)，而且将证明太阳能发电厂可以“引进到中西部和旧城区”。
芝加哥计划中的这座电厂，只是2月中旬联邦奖励法案通过后，许多可能推动的可再生能源计划中的一项而已。美国能源部仍在选择将获得贷款的计划，同时决定其它新提拨的补贴要怎么花。不过，眼见可能有庞大的利益存在，中西部的风力电场、内华达州西南部沙漠庞大的太阳能发电厂，以及西北部的地热发电厂计划纷纷出笼。根据能源部所属独立机关能源信息管理局(Energylnfo rmation Administration；EIA)最近的分析，奖励法案将使可再生来源的发电容量，从今天的1140亿W，增为2015年的1560亿W；如果没有这项法案，可再生能源的发电容量只会增加到1180亿W。
可是EIA的报告也指出叫人忧心的现实：增加使用可再生能源，对二氧化碳排放量的长期影响很小。即使1560亿w，也只能满足美国能源需求的一小部分。还有，就像能源部长朱棣文(StevenChu)经常表示的，现有的可再生能源技术，不能大量提供具有成本竞争力的能源，显著降低这个国家对石化燃料的倚赖，而石化燃料会排放温室气体。
在朱棣文的领导之下，能源部开始大量投注资金，研究新的可再生技术。今春能源部宣布5年动用7.77亿美元，资助46座新的能源研究中心，另外提拨2.8亿美元给8个“能源创新中枢”，以及4亿美元激活先进研究计划署——能源计划(Advanced ResearchProiectsAgency-Energy)。这是仿效1960年代的ARPA计划推动的；ARPA做了很多事，包括催生互联网。
针对现有的技术提拨研究资金和补贴，对太阳能产业来说，可能格外要紧。许多物理学家和化学家表示，找到效率更高的方式利用太阳能，是取代石化燃料，以及显著减低温室气体产生，唯一可行的长期选项。“我们沐浴在这些量子粒子之中，从太阳而来，如雨点般打在我们身上的每颗粒子，都带有约两电子伏特的能源，”劳伦斯柏克莱实验室(Lawrence BerkeleyLaboratory)的代理主任，以及它的太阳能研究中心主管保罗·艾利维沙托斯(Paul Alivisatos)说。“那是能源所在的地方。”但是太阳能现在只占美国发电容量1000个十亿瓦特的1％，主要原因在于成本太高。
像艾索伦将使用的硅电池，是用计算机芯片使用的那种高级硅做成的。已安装的光致电容量，绝大多数都是采用这种硅电池，却还是比传统的电力来源贵上约五倍，很难竞争。比较新型的太阳能电池是用半导材料薄膜，取代单晶硅，生产起来可能比较便宜，效率却差了一截。使用大量的镜片数组，搜集阳光，产生蒸汽，驱动涡轮机，这种集中太阳热能的方法，成本可能比较接近石化燃料，可惜设施兴建成本贵，而且需要在日照异常充足的地方找到大片土地才行。事实上，目前的太阳能技术，政府不加补贴的话，无一具有竞争力。这表示，政府的政策，以及制定政策的人所做的选择可能说变就变，所以太阳能发电的命运也就前途难卜。
太阳王
阿诺德·葛曼(ArnoId Goldman)最清楚州和联邦政府的能源决策，对太阳能产业的影响有多深远。1980年代初，他的公司鲁兹国际(Luz International)在加州莫哈维沙漠(Moiave Desert)中间盖了9座大型太阳热能发电厂，总发电容量是354个百万瓦特。鲁兹那时的发电厂供应的太阳能发电量占全球的90％。他们使用的技术，是根据一套独创的设计，用上数十万片镜片，散布在地面上，集中阳光到上方的管子网络，管子里面含有合成油，热油将水加热，产生蒸汽，驱动涡轮机，进而产生电力。
第一组太阳能发电设施1984年上线运转，因为联邦和州政府慷慨的奖励办法，而具有经济上的可行性。1979年，卡特总统订下2000年之前美国的电力应有20％来自可再生能源的目标(今天这个数字仍然只有约2％)。卡特和国会通过的奖励措施中，可再生能源计划的投资人可以申报很高的扣抵税额，1978年通过的公共公用事业管理政策法(PublicUtility ReguIatory PoliclesAct)，对替代能源的生产者提供进一步的优惠办法。
可是葛曼谈起往事说，到了1990年底和1991年初，一切都变了。卡特政府订立的扣抵税额，到了里根总统任内“缩水”。但最后的一击，来自加州的税制叫人不解的转变。州政府本来豁免可再生能源设施的物业税，鲁兹最大的设施价值超过10亿美元，所以每座发电厂的免税金额高达2000万到3000万美元之间。接近1990年底，加州州长否决物业税继续停征之议。1月间，鲁兹那时每个月支出2000万美元兴建第十座发电厂，新州长上任赌他会很快改弦易辙；但不幸的，新州长并没有立即恢复免税优惠，结果鲁兹赌输了。“我们估算错误，”葛曼说，“钱用光了，只好结束经营。”
现在，加州和联邦政府再次端出可再生能源的优厚奖励办法，葛曼又回来了，而且这次野心更宏伟。 2006年，他在加州奥克兰(Oakland)创立亮源能源(Brightsource Energy)；向创业投资公司和企业投资人募集到1.6亿美元之后，计划兴建一系列发电厂，合计发电容量超过40亿W。这些发电厂将使用鲁兹过去所用技术比较新的一种，可以达到远高于从前的温度；而且，不再将油管网络加热，而是利用数十万片镜片，将阳光集中到约100米高塔上方的中央锅炉。亮源预期第一座商业化设施——400个百万瓦特，世界最大的太阳能发电厂之一，将于2011年底在加州伊凡帕(1vanpah)开始运转。可是和芝加哥的太阳能发电厂一样，政府提供的奖励措施，攸关将需要约20亿美元资金的这项计划能否存活。联邦政府的贷款办法由美国财政部直接放款，可以用来支应60％的成本；所以这家公司只需要向投资人募集8亿美元，投资人又得以享有6亿美元的可退税扣抵税额(可再生能源的投资扣抵税额，早在奖励办法出炉前就存在，但是法律有个关键性的调整：现在允许投资人选择收到相当于投资金额30％的直接补助，而以前必须将扣抵税额用于冲抵税负)。
亮源的财务长杰克·任金斯一史塔克(JackJenkins-Stark)负责灵活运用这些数字。“一切都要靠资金，”他说。发电厂的运转成本很低——“也许一年2,000万美元就够了。”但在去秋商业性贷款和债务市场崩跌之后，几乎不可能找到20亿美元来支应建厂成本。他说，现在唯一可行的找钱方法，是和联邦贷款挂钩。投资人受到政府奖励措施的鼓舞，才有可能掏钱。
但是任金斯一史塔克很快又表示，联邦政府的钱带有很多风险。这笔贷款当然迟早得还。而且，虽然有了联邦政府的奖励措施，找到愿意拿出几亿美元来冒险，利用新技术兴建巨型太阳能发电厂的投资人，现在“容易得多”，他说，“却还是很难。”
葛曼乐于接受这样的挑战。上一次的太阳能帝国破产，并没有叫他心灰意冷。葛曼现在准备在内华达、加州、新墨西哥、亚利桑纳广大的土地上，盖起庞大的太阳热能发电厂。不过，这一次，葛曼可能搞得更大。单单在加州，新的太阳热能发电容量，计划中就有约60亿瓦特。不过，葛曼说：“我们需要一个能够预测的政策环境。”
捕捉一些光线
大概在1980年代中期，也就是葛曼忙着在莫哈维沙漠铺设镜片的同一时间，当时史丹福大学(StanfordUniversity)的电机工程教授理查·史旺森(RichardSwanson)，也自创公司太阳动力。两人都有远大的愿景，想在沙漠里盖满大型的太阳能发电厂；但葛曼打算把太阳能转化为蒸汽，然后产生电力，半导体和微电子专家史旺森，却想利用从精密制造的硅晶圆做成的太阳能电池。
史旺森在太阳动力圣荷西公司总部后面一块尘土飞扬的地面，展示该公司的技术；如果一切进行良好，艾索伦将在芝加哥安装太阳动力的技术。一排大型太阳板装在会转向的机关上，每隔几分钟就略微倾斜，让太阳板继续朝向太阳；每一块板子有几十个高效率的太阳能电池。这种太阳能电池，正是史旺森在史丹福开发出来的。靠太阳能驱动的马达，转动板子时轻轻发出哧哧响声；到了晚上，马达把板子转向朝东，等候隔天的日出。
史旺森的电池，是商业化供应的光致电技术形式中，效率最高的，它们把射来约22％的阳光转化成电力(芝加哥的太阳能板产生的电力，将是阳光比较充足地区的三分之二左右)。但是太阳能板和哧哧作响的马达，也深切提醒我们：硅光致电技术要做到够便宜，能和比较传统的电力来源竞争，有多困难。
史旺森说，现在有30％的投资扣抵税额优惠，日照充足地区太阳能发电厂的能源成本，在尖峰时段和化石燃料产生的电力相较具有竞争力。但这是太阳能发电最好的可能情境。在日照较少的地区，以及每天中午以外的时间，当电价很高，而且太阳能电池效率最高的时候，光致电技术产生的电力仍太过昂贵。
近年来有数十家新创公司相继冒出头来，每一位创办人都希望他们所用的技术，成本效益比别人高，但史旺森觉得，把目标放在这里，其实是努力错地方了。他说，随着业界的快速成长，从硅光致电技术产生的电力，每年成本减低5％到8％；5年内，由于现有的技术改善，以及制造商实现规模经济，就算没有联邦政府的奖励措施，它也会具有竞争力。
“我们不需要突破，”史旺森说，“等待(光致电技术)下一个大突破，除了脚下长藓，什么事也不会有。”他补充说，“我们有一张地图，可以很清楚看到如何将成本减为今天的一半，这就足以引发爆炸性的业界成长。”
转变思路
太阳能产业或许不需要什么突破，也能继续维持稳健的成长率。但是许多科学家表示，少了急剧性的进展，太阳能永远无法供应所需数量庞大的电力，终有一天取代石化燃料。能源部长4月底宣布的46座新能源研究中心，24座正在研究和太阳能有关的技术，未来5年每年各获得200万到500万美元的资金。同样的，能源部的8个新创新中枢，有2个将聚焦于太阳能技术：一个研究电力，另一个研究以燃料形式储存太阳能源的技术。根据能源部2010年的预算草案(在奖励法案过关后短短几个月提出)，大部分新能源技术的增幅都不大，太阳能的研究预算却增加将近一倍。
不少研究的重点放在克服光致电技术的根本难题：成本和效率如何权衡取舍。传统的太阳能电池效率高，因为制造它们用到的硅，是以单晶的形式生成，成为有序排列完美的分子结构；当半导体吸收阳光，光的能量激发电子，使之丝毫不受阻碍地行经这个晶体结构，脱离原子而产生电流。但是用单晶硅生产所需的装置，相当困难且昂贵。比较新的光致电技术使用的材料，有序结构较差，也能以薄膜的形式沉积；它们制造起来比较简单和便宜，效率却也较差。
“谈到光致电技术，你不是享有高效率，就是享有低成本，但我们迫切需要的是兼而有之，”加州理工学院(CaItech)的物理学和材料科学教授哈里·艾特华特(Harry Atwater)说。“太阳能面对的挑战之一，是如何以合乎成本效益的方式，从几百个十亿瓦特增加到一兆瓦特的电力。”他说，要做到这件事，可能需要用到“非常不同于我们今天所用”的技术。
艾特华特将领导加州理工学院由能源部提供资金的一个能源研究中心。科学家将在这里研发能让薄膜光致电技术以更高的效率吸收阳光的材料，这些材料也许可以用不同种类的半导体做出来，它们的微结构设计能以新方式和光互动。艾特华特说，光线射到用这些材料做成的太阳能电池，可以迫使它们“转个弯”，并行进到薄膜的表面。因此，和光线垂直通过表面比起来，太阳能电池有机会吸收高出许多的光线。
其它地方的研究工作者，则希望克服光致电电池 使用无序材料一定会遭遇的挑战。当光线射击这种材料中乱成一团的分子，被激发的电子和它们脱离后留下的电子“洞”，会形成粒子般的配对，称做激子(excitons)。麻省理工学院(MIT)的电机工程教授马克·波尔多(Marc Baldo)说，植物透过光合作用，用来捕捉能量的过程中，激子扮演某种角色；此外，有机发光二极管(organic Jight-emitting diodes)也用它们来产生光。而且，他说，也许有可能在奈米的尺度操纵这些激子，以改善无序材料的光致电特质。波尔多领导能源部资助、专门研究激子的一个能源研究中心，其中网罗了来自麻省理工学院、哈佛大学(Ha rvardUniversity)、布鲁克海文国家实验室(BrookhavenNationalLaboratory)的研究工作者。
不过，利用阳光来产生电力，终究无法充分供应我们需要的能源：目前的太阳能技术毕竟只能在白天产生电力，而电力的储存不容易。所以我们必须找到方法，利用阳光来制造氢之类的燃料。氢的储存容易且便宜，可以先存起来，需要使用的时候再用。学习如何以很高的效率，直接从太阳制造这些燃料——这个过程称做人工光合作用，因为目的是模仿绿色植物的自然流程——“仍要耗上二十到三十年的光阴，”加州理工学院的化学家哈里·葛雷(Harry Gray)说。他也是一个太阳能研究协作团队的领导人，有来自多所大学的科学家共同参与。虽然研究工作者(包括他的团队成员)在人工光合作用的若干层面取得“不错的成果”，许多困难的问题仍然尚待解决。 “需要很长的时间来摸索出眉目，”他说。
硅光致电技术在相当长的一段时间内，仍会是主流的太阳能技术，葛雷说。“如果一切进展顺利，我们会有比较便宜的太阳能电池，不用单晶硅，而是例如采用有机光致电技术。但是(过渡到比较便宜光致电技术)不会走得那么快。”
发展助推力
我们急需过渡到效率更高的技术，奖励法案能给我们一把助力吗?塞维林·波伦斯坦(SeverinBorenstein)表示怀疑。波伦斯坦是加州大学(Un iversity ofCalifornia)能源研究所所长，他说，奖励法案提拨资金的问题，在于面对现有的技术时，能源部需要挑选它要支持哪些计划。“所以这叫人担心政府可能投资到错误的技术，”他说，挑选技术赢家，“一向不是它非常擅长的。”他相信，要促进可再生能源的成长，远比这有效的方法，是透过碳税或者总量交易管理(cap-and-trade)办法，给二氧化碳排放量订个价格。这两个方法，都能经由市场提供运用可再生能源的诱因，而且会是比较有效率的方法，政府的政策也能保持“技术中立”。在此同时，他说，政府资助研究新的可再生能源技术十分重要。
波伦斯坦表示，从经济学家的观点来说，只有在“市场失灵”之处，政府提供补贴才有可为。所谓市场失灵，是指市场并没有分配足够的资源，去追求对社会有利的目标，例如减低温室气体排放。所以政府的奖励措施要支持财务风险高，却可望造福公众的努力。他说，在这种情况下，公共资金用于研究新的太阳能技术，说起来就很有道理——但是补贴目前的商业化技术，尤其是光致电，立论依据便“很薄弱”。他说，即使和风力、太阳热能等其它的可再生能源相比，现有的光致电技术也很昂贵，而且它们不见得会带来比较便宜的技术。“你显然需要铺设(太阳能)板子，但那会产生持久的效益吗?它会帮助你建立太阳能产业吗?我想答案可能是不会。”
波伦斯坦说，政府直接补贴，支持目前的光致电技术，其实可能反而阻碍了效率更高的技术开发。 “当你投资目前的技术，毫无疑问会有经济学家说的‘选择价值’(option value)失去的问题，”他说。“如果技术就要变得好很多，而且是因为和发扬光大目前的技术无关的理由，而是因为科学会进步而变得好很多，那么等候是有道理的。现在投资，就会排挤未来的投资。钱最好花在五年后的新科技上。”
卡内基美隆大学(CarnegieMellon University)工程与公共政策系的研究工作者在最近的一篇论文中，调查顶尖的太阳能专家的意见，探讨光致电技术的未来，结论不只指出这种技术远比风力，甚至太阳热能等其它的可再生能源要贵，而且未来40年“可能很难有经济竞争力”。“这个结果叫人泄气，”卡内基美隆的工程教授兼系主任格兰杰·摩根(GrangerMorgan)说。
摩根表示，短期内补贴风力和太阳热能，可以帮助它们变得更加便宜，足以和传统的电力来源竞争。“可是硅光致电技术真的很不一样。依目前的技术来看，我看不出会有那样的事发生。”他怀疑，目前的光致电技术使用量就算增加一倍或者两倍，也没办法急剧拉低价格。“当然了，”他说， “如果你开会时站起来说这种话，西红柿马上开始飞过来。”
其实，许多专家相信现有的光致电技术扮演吃重的角色，能藉以促进太阳能新形式的诞生。劳伦斯柏克莱实验室的艾利维沙托斯坚称，以更大的规模开发它们，将“为下一代的技术铺路”。他说，由于这个理由，光致电技术在市场上站稳脚跟是很重要的一件事。“有个现在就能上线运转的产业是有道理的，”他说，“未来数十年，那个产业可望吸纳新的发展，以及推出更新的产品。”
加州理工学院的葛雷同意他的看法。他表示，我们需要尽快安装尽可能多的太阳能技术。说这话时，他语气中的迫切性明显感受得到。“我们需要现在就投资已有的技术，那就是硅光致电技术，”葛雷说。“我们应该尽可能在每个地方设置(太阳能发电设施)，好让人们看到果然不一样。我们不能坐着等突破发生，我们需要让人看到太阳能有可为之处。”
光致电技术能够扮演什么样的角色，言人人殊，而这只是政府的政策应该鼓励举国转向清净能源，用什么方式最好，更大辩论中的一环。我们就要在全国各地看到这幕戏上演。
能源部可能很快就会对艾索伦兴建芝加哥太阳发电厂的贷款申请做出决定。即使动工兴建，这座设施只占全美总太阳能发电容量的一小部分，也只占艾索伦的电力组合很小的一部分。但葛雷有一点肯定是对的：这种设施，位在美国的一个大都市，将有如太阳能的门面，大家都在看，它的命运攸关重大。
几家公司表示，能源部正不厌其详，审查它接到的数百件贷款申请，严格评估申请人的财务是否健全，以及计划兴建的设施有多大的市场潜力。不过，判断艾索伦能不能在芝加哥南边设厂时，不能轻忽政治因素。毕竟，奥巴马总统的家就在十三英里外，而且当地政坛人士多年来奔走呼吁，希望重振周边地区的活力。政治一直扮演举足轻重的角色，能够左右美国未来的能源走向，尤其是在谈到太阳能的时候。不信，去问葛曼就知道。