美國“陸軍技術(shù)”網(wǎng)站2013年11月25日發(fā)表了格蘭特•特恩布爾的文章：Wearable solar cells for soldiers: Running out of energy？。文章指出，雖然世界各國都在大力發(fā)展可穿戴式太陽能技術(shù)，但是由于缺乏國際合作機(jī)制，該項(xiàng)目進(jìn)展緩慢。目前美國、英國和澳大利亞在這一領(lǐng)域居于世界領(lǐng)先地位，并分別取得了一定的突破。但作者認(rèn)為，這一技術(shù)要想得到廣泛應(yīng)用至少還需要10年時(shí)間。文章編譯如下：

　　世界各地的防務(wù)組織為了開發(fā)可穿戴式太陽能技術(shù)已經(jīng)耗資數(shù)百萬美元，這一技術(shù)將為戰(zhàn)地士兵的充電電池提供持續(xù)的能量之源，而且士兵們將不再需要攜帶大量沉重的備件。但是戰(zhàn)地士兵什么時(shí)候才能真正受惠于穿戴式太陽能技術(shù)呢？

　　氣候變化的影響以及有限的天然資源是我們這個(gè)時(shí)代面臨的最大挑戰(zhàn)。能源的大量消耗不僅耗費(fèi)了巨額資金，而且還會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，這些問題已經(jīng)引起了各國政府、企業(yè)和民眾的關(guān)注。

　　世界各國的軍隊(duì)都在試圖減少能源消耗并且更加專注于發(fā)展可再生能源技術(shù)。據(jù)美國國防部提供的資料，美軍在2012年消耗的液體燃料估計(jì)價(jià)值164億美元。預(yù)計(jì)今年的液體燃料消耗價(jià)值將增加至170億美元。

　　美國軍方超過一半的液體燃料依靠進(jìn)口。成本的限制和自然資源的稀缺性交織在一起，不但令許多美國規(guī)劃人員深感憂慮，其他擁有大規(guī)模國防力量的國家，例如英國和澳大利亞也同樣如此。

　　為了解決美軍的能源消費(fèi)問題，美國國防部在2011年發(fā)布了《作戰(zhàn)能源戰(zhàn)略》（Operational Energy Strategy）。美軍希望通過使用可再生能源，使軍隊(duì)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。

　　這項(xiàng)技術(shù)的最新進(jìn)展是將光伏太陽能電池集成到士兵的單兵裝備和制服上。電池集成到經(jīng)常使用的背包和頭盔上，可以在戰(zhàn)地不斷地為士兵補(bǔ)充能量。盡管軍方在這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步，但挑戰(zhàn)依然存在。

　　穿戴式太陽能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

　　專家稱，通過太陽能為電池充電，可以顯著地減輕士兵的載荷重量，因?yàn)樗麄儾恍枰獢y帶大量的備用電池。

　　“現(xiàn)代步兵越來越依賴于電力，然而，電池和其他能源存儲(chǔ)系統(tǒng)只能提供有限的能量，”澳大利亞國立大學(xué)可持續(xù)能源系統(tǒng)中心（Centre for Sustainable Energy Systems，CSES）業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理伊戈?duì)?bull;斯克里亞賓（Igor Skryabin）解釋說，“從環(huán)境中獲取能量是一種可行的選項(xiàng)，并且沒有任何其他形式的能量可以與太陽能相匹敵。”

　　可持續(xù)能源系統(tǒng)中心已與澳大利亞國防科學(xué)與技術(shù)組織（DSTO）合作，開發(fā)出軍用薄片太陽能電池（SLIVER solar cell）模塊。這些太陽能電池非常薄且非常柔軟，具有極高的功率重量比，能夠根據(jù)各種復(fù)雜的形狀而重塑，例如頭盔。2014年初，澳大利亞國防部將對(duì)改進(jìn)的模塊進(jìn)行驗(yàn)證。

　　斯克里亞賓認(rèn)為，目前可穿戴式太陽能技術(shù)的發(fā)展缺乏國際合作。“不同國家的獨(dú)立研發(fā)會(huì)導(dǎo)致閉門造車的現(xiàn)象，自然，其進(jìn)度也無法與匯集國際精英的合作項(xiàng)目相比。更多的合作必將加快可穿戴太陽能電池技術(shù)的進(jìn)展，”他補(bǔ)充道。

　　發(fā)展可穿戴技術(shù)沒有什么科學(xué)依據(jù)嗎？

　　2011年，英國的國防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（DSTL）公布了自己的名為“太陽能士兵”（Solar Soldier）的可穿戴式太陽能項(xiàng)目。通過與一些英國大學(xué)的合作，該項(xiàng)目將可穿戴式太陽能光伏電池與熱電裝置相結(jié)合，為士兵提供“二十四小時(shí)”電能。

　　2011年12月，“太陽能士兵”項(xiàng)目完成，此后英國國防部在這一領(lǐng)域再無任何動(dòng)作。國防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室發(fā)言人在接受陸軍技術(shù)網(wǎng)站采訪時(shí)說，該項(xiàng)目的主要目標(biāo)之一是評(píng)估太陽能帶來的好處，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)存在的弊端。

　　“在一些情況下，太陽能電池板的好處可能會(huì)被電纜或者能夠?yàn)殡姵匮a(bǔ)充能量的充電器所抵消，特別是如果士兵正在執(zhí)行一個(gè)短期任務(wù)，幾乎沒有時(shí)間去利用更多能量的情況下，”國防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室發(fā)言人解釋說。

　　“對(duì)于一些能夠在陽光充足的條件下執(zhí)行的長期任務(wù)，這一技術(shù)對(duì)非關(guān)鍵設(shè)備的好處就會(huì)體現(xiàn)出來，”他繼續(xù)說。“但是，目前的穿戴式太陽能電池的性能水平還不足以減少任務(wù)關(guān)鍵裝備所需的備用電池?cái)?shù)量。這項(xiàng)技術(shù)在未來得到改進(jìn)后將很有可能在‘未來士兵系統(tǒng)’發(fā)揮更大的效用。”

　　海軍陸戰(zhàn)隊(duì)簡易巡邏系統(tǒng)：一個(gè)以美國為首的可穿戴式太陽能計(jì)劃

　　這種在陽光充足條件下執(zhí)行長期任務(wù)時(shí)獲取能量的能力，對(duì)于步兵部隊(duì)，例如，美國的海軍陸戰(zhàn)隊(duì)可能用處很大。海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的士兵們的巡邏任務(wù)經(jīng)常持續(xù)數(shù)周，而不是數(shù)天，沒有辦法為無線電臺(tái)和其他裝備充電。這意味著他們必須攜帶大量的個(gè)人載荷，有時(shí)甚至重達(dá)70千克。

　　之所以需要這么多裝備，是因?yàn)橹笓]官們都必須確保他們的士兵在緊急情況下或變更任務(wù)時(shí)有足夠的冗余裝備，即所謂的“安全系數(shù)”。

　　“當(dāng)你沒有辦法以任何方式獲取能量時(shí)，你最終將使用計(jì)劃中的安全系數(shù)，”美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)上尉弗蘭克•弗曼說，“當(dāng)需要4節(jié)電池的時(shí)候，我將攜帶6節(jié)或者8節(jié)電池，因?yàn)檫@將給我?guī)硭枰陌踩小?rdquo;

　　弗曼上尉現(xiàn)在是海軍研究局遠(yuǎn)征機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)和抗擊恐怖主義處（Naval Research's Expeditionary Maneuver Warfare and Combating Terrorism Department）后勤項(xiàng)目主管，該機(jī)構(gòu)總部設(shè)在弗吉尼亞州阿靈頓。作為一名海軍陸戰(zhàn)隊(duì)軍官，他有著淵博的知識(shí)和敏銳的洞察力，再加上接受過應(yīng)用物理學(xué)研究生教育，所以他成為了研發(fā)新一代穿戴式太陽能設(shè)備——即所謂的海軍陸戰(zhàn)隊(duì)簡易巡邏系統(tǒng)（Marine Austere Patrolling System，MAPS）——的最佳人選。

　　海上簡易巡邏系統(tǒng)包括一張堅(jiān)固耐用且柔軟的太陽能面板，能提供大約30％的效能，并且只有一張紙大小。在10月份，第5海軍陸戰(zhàn)團(tuán)第1營在加利福尼亞州山地作戰(zhàn)訓(xùn)練中心現(xiàn)場測(cè)試過程中使用了海上簡易巡邏系統(tǒng)。

　　克服可穿戴式太陽能在財(cái)政緊縮時(shí)代的挑戰(zhàn)

　　“海軍陸戰(zhàn)隊(duì)員們很快就適應(yīng)了新技術(shù)。”弗曼說，“得到的反饋信息總體上非常積極，太陽能電池板性能良好，并減少了他們的電池需求。”

　　海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的官員承認(rèn)，可穿戴式太陽能的發(fā)展環(huán)境充滿挑戰(zhàn)，這意味著該項(xiàng)目將經(jīng)歷一種漸進(jìn)式的，而不是革命性的發(fā)展過程。國防預(yù)算削減，特別是研究開發(fā)經(jīng)費(fèi)的削減，意味著更多的軍隊(duì)專注于研發(fā)軍隊(duì)需要的關(guān)鍵技術(shù)。

　　“軍隊(duì)對(duì)于投資這一領(lǐng)域沒有太多的興趣，原因主要有兩個(gè)：第一，民營企業(yè)正在年復(fù)一年的改進(jìn)太陽能技術(shù)；第二，我們?cè)诎⒏缓沟淖鲬?zhàn)行動(dòng)已經(jīng)接近尾聲，下一次軍事行動(dòng)在什么地方展開還存在著很大的不確定性。”

　　那么，會(huì)不會(huì)有一天，美軍將訂購成千上萬套可穿戴式太陽能裝備呢？“我們相信這一天肯定會(huì)到來，但不是現(xiàn)在，”弗曼說。“我懷疑你會(huì)看到一些特殊應(yīng)用，比方說，未來幾年特種部隊(duì)將應(yīng)用這一技術(shù)，事實(shí)上，特種部隊(duì)已經(jīng)在某種程度上應(yīng)用了這一技術(shù)。但要廣泛的采用穿戴式太陽能技術(shù)，我覺得我們可能還要再等10年時(shí)間。”#p#分頁標(biāo)題#e#

　　克隆商業(yè)性的太陽能創(chuàng)新技術(shù)

　　隨著軍方的關(guān)注點(diǎn)從非關(guān)鍵技術(shù)轉(zhuǎn)移，我們可能會(huì)進(jìn)入一個(gè)由越來越多的商業(yè)部門和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)主導(dǎo)的可穿戴式太陽能技術(shù)創(chuàng)新的時(shí)代。大型的靜態(tài)設(shè)施太陽能技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)卓有成效。

　　荷蘭的“可穿戴式太陽能”項(xiàng)目就是商業(yè)驅(qū)動(dòng)的范例，這一項(xiàng)目由Gelderland Valoriseert公司的克里斯蒂安•霍蘭德（Christiaan Holland）主導(dǎo)，并得到奈梅亨大應(yīng)用科學(xué)系學(xué)生的協(xié)助。2013年6月荷蘭推出了一款適合日常穿著的太陽能充電連衣裙和外套。這些衣服是由寶琳•范東恩（ Pauline van Dongen）設(shè)計(jì)，太陽能電池板是專業(yè)軍士格特•楊•約恩格丹（Gert Jan Jongerdan）博士設(shè)計(jì)。

　　外套設(shè)計(jì)時(shí)在衣服口袋蓋上嵌入了柔性太陽能電池，當(dāng)陽光照耀時(shí)，口袋蓋可以展開。

　　“這些原型設(shè)備運(yùn)作良好，”可穿戴太陽能及能量存儲(chǔ)專家楊•約恩格丹說。“我們的主要目標(biāo)是制定一種解決方案，使這種太陽能充電服在一個(gè)小時(shí)之內(nèi)為你手機(jī)充滿電。當(dāng)然，我們希望在經(jīng)濟(jì)可承受性、舒適度、耐穿性以及輸出性能之間達(dá)到一種平衡。”

　　該項(xiàng)目涉及兩種剛性晶圓技術(shù)的測(cè)試，這通常應(yīng)用于較大的太陽能電池板和柔軟的薄膜電池。楊•約恩格丹說，目前這兩種技術(shù)發(fā)展良好，非晶硅在舒適度方面較為理想，但缺乏輸出功率。

　　可穿戴式太陽能技術(shù)是走向繁榮還是走向蕭條？

　　至于在商業(yè)領(lǐng)域?qū)τ诳纱┐魇教柲艿男枨?，?bull;約恩格丹持謹(jǐn)慎樂觀態(tài)度。“軍方以外的市場仍然疲弱。根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，軍隊(duì)仍然是最重要的部門，他們大多是針對(duì)特定士兵的要求開發(fā)專用項(xiàng)目。”

　　盡管進(jìn)展緩慢，但在商業(yè)和軍事機(jī)構(gòu)都對(duì)穿戴式太陽能技術(shù)保持著濃厚的興趣。

　　對(duì)于軍方來說，技術(shù)的可靠性必須是第一位的，因?yàn)樗鼘闊o線電和導(dǎo)航設(shè)備之類的裝備供電，這些裝備對(duì)于士兵的生存至關(guān)重要。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的可穿戴式太陽能單兵裝備，應(yīng)該是低成本、高需求和高輸出功率的完美結(jié)合，但目前所有這些都還沒有實(shí)現(xiàn)。