波音平流層無人機背后的中國身影

李正豪

美國航空科技媒體aviation week & space technology最新報道顯示，美國波音公司旗下的極光飛行科學(xué)公司（aurora）近日設(shè)計了一款被叫做“奧德修斯”的平流層太陽能無人機，這款無人機的翼展高達243英尺（約合74米），打破了無人機翼展的世界紀(jì)錄。更加引人注目的是，“奧德修斯”依靠太陽提供動力，可以有效實現(xiàn)“無限飛行”，并且擁有當(dāng)今持久性太陽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，就是在機翼表面、尾翼邊緣和垂直尾翼上都覆蓋了太陽能電池。aviation week & space technology的最新報道引用極光飛行首席技術(shù)官和無人駕駛飛行系統(tǒng)副總裁湯姆·克蘭西（tom clancy）的說法表示：“把太陽能電池集成到飛機的結(jié)構(gòu)中，提供了相對較高的功率重量比。”

與“奧德修斯”本身的設(shè)計理念和性能特征相比，賦予了“奧德修斯”無限飛行能力和最大載荷能力的太陽能電池技術(shù)更加值得關(guān)注。因為對于無人機行業(yè)來說，這很可能是革命性的。

而對于中國人來說，似乎更有理由去了解為“奧德修斯”提供太陽能電池的公司及其技術(shù)——因為正是漢能控股集團旗下子公司alta devices（以下簡稱“漢能阿爾塔”）的砷化鎵柔性太陽能電池陣列與復(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。

無人機突破

近年來，全世界出現(xiàn)了一大批致力于在民用市場和消費級市場推廣、普及無人機技術(shù)的公司，這其中以來自中國的大疆最為著名。但對于無人機行業(yè)來說，無法回避的問題是，在動力方案上無論采用鋰電池、氫燃料電池等，還是采用內(nèi)燃機發(fā)電等，續(xù)航時間較短都是制約行業(yè)發(fā)展的主要問題之一。

公開資料顯示，當(dāng)前多旋翼無人機的續(xù)航世界紀(jì)錄是7小時17分。一架普通的大疆消費級航拍無人機，大概會配置容量為0毫安左右的鋰電池，續(xù)航時間大約為半小時。

隨著民用和消費級無人機市場的不斷壯大，為了改善續(xù)航現(xiàn)狀，更多的動力方案被探討和采用。其中一種方案就是，在無人機上安裝太陽能電池，當(dāng)陽光充足的時候，讓太陽能電池自動吸收能量，并儲存在電池內(nèi)部作為動力來源，進而解決無人機的續(xù)航問題。不過，這要求電池必須是輕薄的、柔性的，既可以為無人機提供動力，又不能增加負(fù)擔(dān)。

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

極光飛行的“奧德修斯”也很好地驗證了上述這些說法。根據(jù)湯姆·克蘭西的介紹，“奧德修斯”不僅可以承載比同類其他任何無人機更大的有效載荷，而且有更好的適應(yīng)性和可重新配置性，搭載專業(yè)觀測設(shè)備以后，可觀測到關(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構(gòu)之一的德國弗勞恩霍夫太陽能系統(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)換效率達到29.1%，成為新的世界紀(jì)錄。

公開資料顯示，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%。

漢能控股集團于2014年8月完成對alta devices的收購，并由此開始一直牢牢把握著砷化鎵薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換率紀(jì)錄。到目前為止，在砷化鎵薄膜太陽能領(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。

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

“隨著我們?nèi)找孢~向自動化機械時代，能夠不間斷獲得能源補充變得愈發(fā)重要。”alta devices首席營銷官里克·卡普斯塔（rich kapusta）表示。里克·卡普斯塔認(rèn)為，隨著自動化機械的趨勢日益明顯，人類需要一種能量來源，這種能量來源既可以不間斷地產(chǎn)生電力，又幾乎不會改變接收電力的物體形態(tài)。多年來，漢能阿爾塔專注于用砷化鎵薄膜太陽能技術(shù)，為希望實現(xiàn)能源自治的產(chǎn)品和系統(tǒng)提供電能?！鞍査哪繕?biāo)是幫助實現(xiàn)更為廣泛的自治系統(tǒng)，并持續(xù)引領(lǐng)薄膜太陽能行業(yè)，我們相信這是實現(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。

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

開創(chuàng)“移動能源”新時代

不僅是砷化鎵薄膜太陽能領(lǐng)域，在銅銦鎵硒薄膜太陽能領(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)換效率也達到了21%。

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

收購?fù)瓿梢院?，漢能積極對相關(guān)技術(shù)進行整合消化，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、瑞典、德國、中國北京、中國成都等，共擁有2000多名研發(fā)人員。截至2018年11月26日，漢能全球累計申請專利8件，累計授權(quán)專利1880件。目前，漢能阿爾塔單結(jié)砷化鎵薄膜太陽能量產(chǎn)組件光電轉(zhuǎn)換效率達到25.1%，子公司solibro的玻璃基大面積銅銦鎵硒（cigs）薄膜太陽能量產(chǎn)組件的光電轉(zhuǎn)換率達到18.72%；子公司miasolé采用濺射法制造的柔性銅銦鎵硒薄膜太陽能量產(chǎn)組件的光電轉(zhuǎn)換率達到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“移動能源”的發(fā)展戰(zhàn)略，將自己多年以來積累的薄膜太陽能技術(shù)體系，與共享單車、背包、新能源汽車等產(chǎn)品載體相結(jié)合，讓高端太陽能技術(shù)走進尋常百姓家。

比如，在共享經(jīng)濟領(lǐng)域，漢能與摩拜等共享單車企業(yè)合作，在共享單車的車筐里集成薄膜太陽能技術(shù)芯片，用于為智能鎖供電等；再如于新能源汽車領(lǐng)域，漢能與奧迪合作、與合作，研發(fā)打造薄膜太陽能車頂，以擺脫傳統(tǒng)電動汽車對充電樁的依賴；另外，在建材市場漢能融合薄膜太陽能技術(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“移動能源”戰(zhàn)略與我國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)展行動計劃（2018~2020）》，明確提出“推動先進光伏產(chǎn)品與消費電子、戶外產(chǎn)品、交通工具、航空航天、軍事國防等結(jié)合，鼓勵發(fā)展太陽能充電包、背包、衣物、太陽能無人機、快裝電站等豐富多彩的移動產(chǎn)品”。業(yè)界紛紛預(yù)測，經(jīng)過多年的技術(shù)積累，漢能正在迎來一個萬億級規(guī)模的“移動能源”新時代。

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