大家好，我是電動車公社的社長。

最近，在一段網傳視頻中，一台貼着小米logo的概念車，打開行李架竟然能升起來一束像扇子一樣打開的太陽能充電闆，猶如孔雀開屏。雖然視頻有點假，但這陣勢已經有了一種科幻電影的感覺。

而前段時間剛剛發布的小鵬P5，高配車型也能選裝太陽能車頂，行駛過程中，可以利用太陽光的能量為車載電器（包括香氛、揚聲器等等）提供電能，停車時如果車内溫度過高，還可以直接驅動鼓風機，為車内持續降溫。

實際上小鵬P7的太陽能車頂“并不孤單”的，在高配Aion S、新版索納塔HEV、新版豐田普銳斯PHEV等衆多車型上，都能發現太陽能車頂的身影。

恰好社長最近的文章裡，也收到了一位小夥伴的留言：以後電車就用光充電了，還換什麼電？

想象一下，以後的電動車都頭頂“向日葵”，完全不用再插槍充電的場景……

好像的确是挺香的。

不過回到現實中，太陽能車頂真的能代替充電樁給電動車補能嗎？未來會如何發展？

光伏電池又是怎麼把光變成電的？

社長恰好有個朋友是學光伏專業、又做了幾年光伏行業研究員，在一頓燒烤的威逼利誘之下，給我講了很多。今天的内容有些硬核，大家緩慢食用。

01. 光怎麼變成電？

如今我們所大規模應用的光伏電池都是基于半導體制成的，不過半導體到底是什麼東西？

銅、鐵、鋁這種能導電的材料是導體，橡膠、塑料、石頭這種不導電材料是絕緣體。

從定義上來說，半導體是指的導電性介于導體和絕緣體之間的物質。

光看定義的話是不是還是覺得雲裡霧裡，不知所雲？

不過沒關系，社長來給大家舉一個例子。

一個原子就像一個迷你的太陽系，由許多帶負電的電子圍繞着帶正電的原子核組成。

高中物理中講過，物質導電的必要條件是物質擁有能自由移動的帶電微粒。

從微觀來看，如果一個原子最外層有8個電子，電子就會在自己的軌道内穩定運行，既不容易失去電子也不容易得到電子，從宏觀來看，其導電性就會很差。

矽是我們目前各種半導體材料中用得最多、影響力也最大的一種材料，說矽是半導體産業的基石也毫不為過。

矽原子的最外層有4個電子，都是可以自由移動的，按理來說矽的導電性能應該很不錯才對，但事實上晶體矽幾乎不導電，社長最開始怎麼也想不通。

後來看到了晶體矽的結構示意圖，社長恍然大悟。

晶體矽由無數個矽原子組成，矽原子與矽原子之間像手牽手一樣，最終每個矽原子都“找到了朋友”，巧妙地湊成了最外層8個電子的穩定狀态。這時晶體矽内部的電子被“鎖”的死死的，沒有可以自由移動的電子。

如果我們強行“塞”給晶體矽一個可以自由電子，晶體矽是不是就能導電了？

磷原子很适合當這個“搗蛋鬼”！它最外層有5個電子，恰好比矽多一個。

把磷原子“塞”進晶體矽裡之後，恰好多了一個“沒人要”的電子，而這個多出來的電子恰恰賦予了晶體矽導電的能力。

同理，硼原子最外層有3個電子，相比矽來說少一個電子。

把硼原子“塞”進晶體矽裡，就形成了電子空穴，電子空穴也可以被視為可自由移動的帶電粒子，所以摻雜了硼的晶體矽也可以導電。

如果我們把矽一端摻雜硼，另一端摻雜磷，就相當于把原本中性的矽，人為制造了一個正負極（我們通常把它稱為“PN結”）。

PN結的負極裡由于摻雜了磷，存在大量帶負電的電子；正極裡由于摻雜了硼，存在大量帶正電的電子空穴。

當太陽光照射到PN結上的時候，神奇的現象發生了！光激發了PN結内部的活性，讓電子空穴在正極的一端聚集，而電子在負極的一端聚集，光照強度越大，聚集在兩極的帶電粒子就越多。

電子和電子空穴渴望兩兩結合、相互抵消，這時我們推波助瀾，用導線将PN結的兩極連接起來，創造一個通道，電流就會順着導線從正極流向負極。

這裡光就相當于一個外力，推動電流流動，光照強度越大，電流就越大，光伏發電就是這樣把光變成電的。

02. 光伏的誕生與成長

光伏産業可以算是中國領先全球的代表性領域了，但實際上，光伏并不是中國人發現的。

時光追溯到19世紀初法國工業革命時期，法國科學家們如雨後春筍般湧現。

貝克勒爾家族是當時最負盛名的物理學世家，連續四代人世襲了法國國立自然史博物館物理學教授之職，時長達80餘年之久，發現“光伏”的正是這四代人中的第二代。

第一代A.C.貝克勒爾對光學、礦物學、電化學等領域研究頗深，是人類曆史上最先研究如何用電發光的人。

第二代A.E.貝克勒爾是A.C.貝克勒爾的次子，他繼承了父親的優秀基因，從小就展現出極強的求知欲和研究天賦，他正是“光伏之父”。

剛剛成年的A.E.貝克勒爾因成績優異，時同時獲得了法國兩所頂級院校的錄取通知，但他全都拒絕了，決定到自然史博物館給任物理學教授的父親當助手。

他在輔助父親用化學電池做電發光試驗的過程中，突發奇想：既然電可以變成光，那麼反過來，光是不是也可以變成電？

某一天，19歲的A.E.貝克勒爾偷偷跑進父親的實驗室，模仿父親的做法，将兩片金屬浸泡在溶液中，照貓畫虎的攢了一個可以将化學能轉化為電能的溶液電池。

他把溶液電池放到陽光底下照射，他驚奇的發現，電池産生的電壓竟然變高了！

發現了這一現象後他欣喜若狂，連夜把所觀察到的現象記錄了下來，并寫成了一篇論文，論文中他給這種現象起了個名字叫做“光生伏特效應”，簡稱“光伏”。

也許A.E貝克勒爾當時怎麼也想不到，經曆了一個半世紀後，光伏一詞不但沿用至今，還成為了推動世界能源變革的主力軍。

雖然A.E貝克勒爾發現了液體光伏效應，但這離我們應用最為廣泛的晶矽光伏電池還有點距離。

這裡不得不提到現代光伏誕生的地方……美國貝爾實驗室，全球最強大的科學研究機構之一，堪稱諾貝爾獎的搖籃。

恰賓和皮爾松是兩位貝爾實驗室的半導體專家，1954年的某一天，他們在用半導體做光學實驗時意外的發現，晶體矽在摻雜其他元素後也會産生光伏效應，于是順着這一思路，他們首次制成了單晶矽太陽能電池。

單晶矽太陽能電池的發明引起了科學界的重大反響，許多學者都開始研究光伏電池技術與應用，5年時間裡光伏電池的轉化效率從6%幅提升至14%。

令人意想不到的是，光伏電池的首個應用案例并不是在“地上”，而是在“天上”。

1958年，美國先鋒1号無線電通信衛星首次搭載了一塊小型單晶矽光伏電池，功率僅0.1瓦，為備用話筒供電。

先鋒1号發射後，其自帶的化學電池系統僅運行了3月就因電量不足停止了工作，但令所有人都沒有想到的是，當初僅僅為了嘗試而搭載的光伏供電系統，卻整整運行了6年之久。

光伏電池的長效供電直接“盤活”了航空航天，而航空航天也在反哺光伏，帶來了全球光伏電池産能的大幅擴張。

如今，光伏已經在不知不覺中滲透到了我們的生活中，包括照明系統、屋頂發電、手持式計算器、太陽能充電寶、共享單車等等，應用案例數不勝數……

03. 一場無聲的革命，正在進行

不得不說，太陽能車頂的确能讓人感到科技感十足，讓新能源汽車多了幾分清潔環保的味道。

不過太陽能車頂究竟能産生多少電？是不是有了它就不需要充電樁了？

社長給大家算了一筆賬。

充電速度取決于充電功率，普通家用慢充樁充電功率在6-8千瓦最為常見。

以小鵬P5的太陽能車頂功率隻有62瓦，發一度電需要16小時。

其600km續航版本搭載了71.4度電的電池，假設小鵬P5隻用太陽能車頂充電，從0-100%充電至少需要1142小時，假設每天有效光照時間為4小時，則需要9.5個月才能把小鵬P5的電充滿。

這充電速度實在是……不敢恭維！

現在的太陽能車頂不能代替充電樁，是因為轉換效率太低了嗎？如果我們換上世界上轉換效率最高的光伏電池呢？

目前效率最高的光伏電池“活”在美國國家可再生能源實驗室裡，距離量産遙遙無期，轉換效率高達47%（一般量産晶矽電池的轉換效率為18-23%），把它鋪滿整個車頂，光照強度為1000瓦每平米。

最終我們計算可以得出，用世界上轉換效率最高的光伏電池作為太陽能車頂，一小時大概也隻能發0.7度電，也就是一小時多5-6公裡續航。

姑且算能用，但絕對算不上好用，想要完全替代掉慢充樁，差距還是很大的。

因為太陽光本身的能量就不高，所以要想讓太陽能車頂的發電功率達到6千瓦慢充樁的水平，需要在使用目前轉換效率最高的光伏電池的同時，把鋪設面積擴大9倍，也就是13.5平米。

弄這麼大面積的光伏闆放在車頂給車充電，真是鋪天蓋地，估計是要被人投訴的。

所以，太陽能車頂真的要被“判死刑”了嗎？

一些不可思議的故事，改變了社長對太陽能車頂悲觀的态度。

實際上，早在20世紀70年代就有人想過，車能不能完全利用太陽能去驅動？

世界上最早的太陽能汽車于1978年在英國研制成功，不過由于太陽能闆的發電功率太低，整車時速僅為13公裡，更為詳細的數據也無從考證。

不過，人們對于清潔能源是渴望的，他們在背後孜孜不倦地做着嘗試，不知不覺的完成了令世界震驚的壯舉。

2008年5月，瑞士中學教師 帕爾瑪駕駛太陽能車來到中國，已成功完成了橫跨三大洲、25個國家，長達3.1萬公裡的旅程！

帕爾瑪11歲時就已經有了開着汽車去環球漫遊的夢想，但是他的老師告訴他，地球正在變暖，南北兩極的冰川正在融化，太多汽車排放了太多的廢氣。

帕爾瑪一直希望能擁有一輛零排放的太陽能汽車，但20多年過去了，市面上根本買不到這樣的車，不過他不打算因此放棄，他打算自己造一輛太陽能汽車。

他跑遍了全瑞士的四所理工大學，在他們的幫助下設計、制造了一輛太陽能汽車，然後他踏上了用太陽能汽車環球旅行的征程。

這輛太陽能汽車看起來十分破舊廉價，車頭隻有三個輪子、兩個座位，車尾懸挂着一塊面積巨大的太陽能電池闆，但帕爾瑪說，為了打造這輛車，花的錢基本上夠買一輛法拉利的了。

“我隻是一個普通的公民，僅憑我一人無法改變全球變暖，但我可以向大家證明，每個人都可以為環保貢獻一份力。”帕爾瑪說到。

像帕爾瑪這樣的“太陽能汽車狂熱者”，世界上還有很多。

1987年，澳大利亞舉行了首屆世界太陽能汽車拉力賽。大賽的初衷是為了探尋太陽能汽車的極限，并呼籲人們減少對化石能源的使用。

賽程全長約3200公裡，幾乎縱貫整個澳大利亞，參賽團隊必須駕駛以太陽能為動力的賽車，雖然中途允許給賽車動力電池充電，但充電功率不得超過5kW，随後的賽程隻能靠太陽能或再生制動裝置回收的電能跑完。

首次在大賽中，通用汽車打造的“聖雷易莎”号太陽能賽車以44小時54分的成績奪得了冠軍，其最高時速達到了100公裡每小時，令人不可思議。

在此之後，澳大利亞世界太陽能汽車拉力賽每兩年舉辦一次。

随着光伏電池技術的不斷突破，轉換效率有了突飛猛進的增長，同時，這些“玩”太陽能汽車的人，開始更加注重空氣動力學設計、輕量化、電驅動效率等方面的優化。

2003年的澳大利亞太陽能汽車拉力賽上，由荷蘭制造的“NunaII”太陽能汽車獲得冠軍，僅用30小時54 分的時間就跑完了全程，同時創造了太陽能汽車最高時速170公裡的世界新紀錄。

“太陽能汽車狂熱者”們正在通過不懈努力，向世界證明太陽能汽車是可行且有存在意義的。

社長認為，太陽能車頂能否在補能環節大放異彩，除了光伏電池本身的效率提升和光伏發電系統成本下降以外，車本身的進步也十分關鍵。輕量化、超低風阻、高效電驅，帶來足夠低的電耗，所有技術齊頭并進，太陽能車頂補能的未來才指日可待。

雖然現階段，乘用車的太陽能車頂還無法做到代替充電樁，但它的出現預示着電動汽車未來的補能方式将不會僅局限于慢充、快充、換電這三種方式，太陽能補能将給我們帶來更多的選擇和可能性。

04. 寫在最後

科技會如何改變這個世界，誰都無法預料。

很多時候，那些思路驚奇、行為激進、無法令人理解的嘗試未能成功，并不是因為思路上的錯誤，而僅僅是因為時候未到。

達芬奇在1510年曾設計過一款飛行器，當時有很多抱有飛天夢想的人參照他的設計草圖來制作飛行器實物，但無一成功飛行，後來漸漸地被人淡忘。

直到500多年後的21世紀，一些“閑得蛋疼”的加拿大人把達芬奇的飛行器手稿翻出來，按照他的設計思路再造了一次，而這一次卻試飛成功了。當年的失敗隻是因為沒有像現在一樣輕便的材料。

我們再來看近期的小鵬，勇上激光雷達、率先在國内發布城市NGP、做飛行汽車、推出智能“馬”……一系列操作讓人一些人覺得過于激進、甚至有些瘋狂。

何小鵬在去年對全體員工的内部郵件曾說過：要在激進的快跑中尋找平衡，而不是在穩健發展中尋求加速。

在嘗試新興事物的過程中，暫時的失敗與成功都沒那麼重要，重要的反而是嘗試本身。

一些人敢于敢于腦洞大開，做一些看似無厘頭的嘗試，往往得不到人們的理解。不過這也不重要，或許他們并沒有活在當下，而是超前于時代，活在未來。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!