碳纤维牵手硅材料，光伏产业舞出新篇章

硅材料现在应用很广，随处可见。玻璃就是石英，也就是二氧化硅，用烧碱加石英砂练出来的。玻璃别看是到处可见的东西，它的品种门类太多了。有可以发电的玻璃，技术已到了能实用的这一步。手机显示屏的超薄玻璃，0.1毫米厚度，可折叠二十万次。现在的折叠屏手机用的玻璃，就是中建材的一位院士做出来的。我今天还不谈光学玻璃，先谈谈半导体的硅材料。

我第一次见识到硅材料，还是上大学之前装修收音机、电视机。一开始收音机用的三级管二级管都是用锗材料做的，但锗材料产量少，功率也做不大，纯度也做不高，做半导体工艺难度大。后来出来了硅管，硅的产量大，容易生产成单晶体，纯度很高，功率能做大。在集成电路做出来前，三级管二级管都是单晶硅做的。当然后来的集成电路也是用高纯单晶硅片做的，这后面再讲。

什么是半导体呢？首先我要讲一个基本知识：导体材料两端处于温度不同的状态，温度差就会变成电位差。如果把通电的回路接通，是会产生电流的。这就是把热能变成电能的一个基本原理。单晶硅是不导电的，但如果在单晶硅里掺进一些导电材料如硼、镓等，就成了半导体材料。这个材料作用可大了，在某种条件下，这个半导体可导电，换一个条件又不导电。

半导体是上世纪重大的科学发明，改变了世界。没有半导体的应用之前，放大电信号用的是真空电子管，我当乡里广播员时用的广播机全是电子管。真空电子管生产难度大，体积大，无法小型化。半导体能放大电信号，真是太好了。好，不讲得太详细了，再往深讲就专业了。现代的芯片就是单晶硅做的，用的是纯度达到九个九的单晶硅做的。先用气体沉积法做成单晶硅棒，再机械切成薄片，在指甲盖大的单晶硅片上用光刻机刻成几亿个晶体管。使用时，这些晶体管就两个状态：电位要么是0，要么是1。别看这两个状态，它可以通过计算机语言表达海量的信息。

单晶硅的用途太大了。前年我到青海，参观了800千伏安大功率直流输变电，这个项目是和我一起拿国家科技进步一等奖的六个项目之一。把青海大量的光伏发电集聚起来，通过直流超高压，输送到华东地区。用直流输送，能做到超高压，输送时电损小。将交流电整成超高压的直流电，这可是了不得的高技术。关键是整流子，这个整流子用的就是大型的单晶硅柱。有多大呢，一个单晶硅柱就有一个大人的高和粗。五个大型的单向整流单晶硅柱，摆在一个大的洁净的大机房里，这就是西电东输的最核心的设备。这个大型的单晶硅整流子中国以前还做不了，用得是德国西门子的。这些年中国的大型单晶硅都能做了，已完全能替代国外的了。前几天我到酒泉卫星发射中心，经过河西走廊，看到四条从西到东的直流高压输送回路，是把新疆的大量电力送到河南。中国的电网太厉害了。

再谈硅半导体的应用，就是光伏发电。光伏发电的单晶硅板就是一个半导体。把单晶硅机械切割成片是很规矩的毫米级的片阵。再半边掺进其它物质，使每一片硅片成为P结或者N结，就成了半导体。前面讲过，导体的两端温度不同，会产生电位差。光伏板在太阳日晒的情况下，两面就有温度差，就会有电位电势产生，连通起来就形成了电流。把海量的微小电流集聚起来，就变成了海一样的大电流。这就是光伏发电的基本原理。

上个世纪还有个重大发明改变了世界，这就是通信光纤，用的也是硅材料。光纤通信把无限的信息进行联通，这是电缆通信远远做不到的。没有光纤的光通信的发明，就没有今天的信息世界。

上面说的硅材料与我的碳纤维有什么关系呢？关系大了。在多晶硅和单晶硅的熔炼过程中，就大量地用了我的碳纤维材料。耐高温坩埚必用碳纤维。可以说，是我的碳纤维把今天的光伏产业的生产成本拉得如此之低，做了重大贡献的。中国光伏的竞争力现在是世界任何国家都没法比的了。

碳纤维氢气瓶助力重卡绿色飞驰

氢是非常好的能源，可以直接燃烧，生成无毒无害可以排放的水，也可以与氧结合发电，还是生成水。最关键的是，这还是一种能源的储存方式，把一时用不完，又上不了网的弃电，用来电解水，产生氢后待用。每50度电可产生一公斤氢，而每一公斤氢又能发15--20度电。如果用现在技术的锂电池来储存电，每储存100度电，电池自身的重量得要500公斤。而用“氢”来储存电，每100度电只要5—6公斤。现在市场上卖的锂电池小汽车，一般都是100度电，需要背着500多公斤的电池到处跑。到了冬天气温降低，锂电池效率立马下降。还有，锂资源也是有限的，锂电池的回收都是问题。而氢则完全没有这些问题。这就是人们一直在追求“氢”能的重要原因。

但是现在很多人认为，乘用车用氢危险，会在地下室泄露发生爆炸。另外就是氢能的生产成本和来源。关于这两个问题我暂时不谈，因为都有解决的办法。我来谈谈氢能在重卡汽车上应用。现在为什么重卡都要改氢能呢？我来从技术角度谈起。

我国有一位伟大的院士，成功设计了航母的电磁弹射器，使航母的空中战斗力大大提升。并且还发明了电磁炮，因为在技术上我为他提供了帮助，所以还是有所了解。但这位院士真正厉害不是这两个电磁弹射，而是完全设计了整个舰艇的电力电源系统，把过去舰艇上的交流电源系统改成了中压全直流系统。（本文的技术参数都来自于已公开的资料）。这个改进是现代舰艇的革命性进步，使我国海军舰艇已远远领先于西方国家。过去舰艇的驱动动力用的都是柴油机或燃气轮机或其它动力，加上一个很大很大的变速箱，因为低速性能就必须要减速箱。就像我们汽柴油汽车一样，没有变速器，高低速都是无法适配动力的。所以汽车高低速行驶都要不断地变速。自动变速也是变速。而电动力汽车是不要变速的，连离合器都没有，这是为什么呢？因为电动汽车用的就是700伏的直流电。我们学电机原理的时候就知道，直流电机最大的特点就是低速扭矩特性好，越低速功率输出扭矩越大。这就非常符合汽车运动特性，所以电动汽车是没有变速器的，也就没有离合器。电动汽车的动力是非常简单的，复杂的是电池或氢发电的电堆。现在电动汽车加速远快于传统的汽柴油汽车，驾驶感特别好，就是这个道理。同理，舰艇上的动力从过去的原动力加减速器加艉轴加推进器，不但调速难，特别是大大的减速器的噪声还很大，噪声对舰艇特别是潜艇来讲是很致命的。全艇实现直流电以后，动力就是先发电，将交流整成直流，用直流电动机直接推动螺旋桨。这其实是一场舰艇技术的革命性的进步。

再来说说重卡。现在的矿山重卡已是几百吨一辆了。用汽柴油动力不能满足其实用状态。如果这重卡上用一个大大的汽柴油机，再用上一个大减速器，是完全无法用的。这么大的减速器你怎么用手动去变速？自动更难做到。怎么办？用直流电机作直接动力，用汽柴油机发电，再用作直流电机电源。现在的大功率重卡就是这样干的啊！如果直接用电池储能用在重卡上，现在有重卡就是这样用的，上千度电的锂电池就有几吨重，就是背着几吨重的电池到处跑。而且充电也要很长时间，不方便。如果这样的大重卡用氢能来发电，50公斤氢就能发1000度电。充电就是直接换高压氢气瓶组，很快很方便，而且不受气温的影响。所以说，氢能作为汽车的电源比用固态电池，将有更好更广阔的前景。在汽车动力上发展氢能是必走之路，迟早而已。固态电池总有一天是不可持续的，氢能的来源多，是长久的清洁能源，环境友好。只是现在有人说氢能源汽车进地下室危险。我说都是有办法的。现在燃气不都是通过管道进入了千家万户吗？现代技术让这些危险都是可控的。说起来可怕，认真做起来就不那么可怕了。我到新加坡去，看到汽车加油站就建在居民楼的地面一层。人就住在汽油库的上面，不也是好好的吗？氢能对汽车的诱惑对未来是不可抗拒的。所以说要为氢能的未来做准备。我是坚信这一点，并且我也在行动。

来源：“ZGL鹰游”微信公众号

作者：学会第二届理事会副理事长、连云港鹰游纺机集团董事长张国良