誰來做“第一個吃螃蟹的人”？

盡管貝爾實驗室的太陽能電池價格高昂，但它并沒有被束之高閣，而是找到了它的第一批客戶——美國軍方。第二次世界大戰(zhàn)期間，美國在“回形針行動”中招募了很多德國科學(xué)家，漢斯·齊格勒（Hans Zeigler）便是其中一位。他在1955年參觀了貝爾實驗室，并提出了將太陽能電池用于衛(wèi)星供電系統(tǒng)的想法。但當時美國商業(yè)核反應(yīng)堆的建設(shè)如火如荼，作為火力發(fā)電的替代品，成本高昂的光伏漸漸失去了擁躉。直到1957年蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆繞地衛(wèi)星斯普特尼克1號（Sputnik 1），正在與之進行太空競賽的美國不甘人后，光伏在美國航空應(yīng)用中的地位才被迅速提升，因為普通的機載電池和燃料使用幾天以后就會耗盡，而太陽能電池板可以在太空中工作十年以上。一些制造企業(yè)瞄準這個市場，購買了貝爾實驗室的專利許可，制造出了商用的太陽能電池。從1958年到1969年，美國太空項目總計花費約5000萬美元，購買了1000萬塊太陽能電池。到1972年為止，大約有1000個航天器用上了太陽能電池。太空應(yīng)用為光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了一個500萬～1000萬美元的市場。另外一些企業(yè)將太陽能電池用于電信中繼站的供電系統(tǒng)中，隨后又推出了太陽能收音機，這是第一款使用太陽能電池的民用消費產(chǎn)品。

20世紀60年代，日本夏普開始生產(chǎn)用于導(dǎo)航照明的太陽能電池，美國石油公司埃克森美孚的科學(xué)家埃利奧特·伯曼（Elliot Berman）在日本參觀游覽時偶然發(fā)現(xiàn)了這些光伏系統(tǒng)，隨后提出在埃克森美孚內(nèi)部生產(chǎn)，很快美國海岸警衛(wèi)隊和在墨西哥灣開發(fā)離岸鉆井平臺的石油公司也用上了這些太陽能電池進行導(dǎo)航照明，眾多石油和天然氣公司開始成為太陽能電池生產(chǎn)廠商的下游客戶。由于這其中有很多國際大客戶，所以光伏技術(shù)和應(yīng)用產(chǎn)品由此傳播到了多個國家。

截至1974年，自貝爾實驗室的突破性進展以后，光伏產(chǎn)品已經(jīng)存在了20年，但價格仍然很貴，每年只能為約100千瓦的小眾市場提供服務(wù)，比如衛(wèi)星、海洋導(dǎo)航輔助設(shè)備、通信系統(tǒng)和離網(wǎng)住宅等。

1973年10月，阿拉伯國家石油禁運使石油價格在三個月內(nèi)翻了兩番，能源問題成為政界和公眾熱議的焦點。同年，尼克松（Richard Milhous Nixon）總統(tǒng)發(fā)起“獨立計劃”（Project Independence），將能源問題作為1974年美國國情咨文演講的核心：“到1980年，美國將不再依賴任何其他國家來提供我們工作、取暖和交通所需的能源。”美國政府宣布推動技術(shù)發(fā)展以應(yīng)對能源危機，在石油禁運同月召開了著名的“櫻桃山會議”（the Cherry Hill Conference），制定了光伏研發(fā)的目標，包括研發(fā)新材料、測試設(shè)備和大型發(fā)電系統(tǒng)。參會者建議1975—1985年投入2.5億美元用于光伏研發(fā)，并將這一預(yù)算寫進尼克松的“獨立計劃”藍圖當中。但實際上從1974—1981年，美國在光伏研發(fā)上投入了17億美元，大大超過了預(yù)算總額。在此期間，美國能源部（DOE）和太陽能研究所（SERI）也相繼成立，后者后來更名為美國國家可再生能源實驗室（NREL）。從1976年美國國家可再生能源實驗室發(fā)布“太陽能電池最高轉(zhuǎn)換效率圖”以來，到2022年1月的更新版，共收錄了26種太陽能電池，包括晶硅電池、薄膜電池和各種新型電池，其中中國曾經(jīng)上榜的世界紀錄共計15項，2022年保持在榜的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率紀錄有5項。

尼克松說，美國要“秉持阿波羅探月精神和曼哈頓計劃的決心”，把能源獨立作為“我們的國家目標”來對待，計劃5年內(nèi)為能源研究和開發(fā)投入100億美元的資金，并希望帶動同期2000億美元的私營企業(yè)投資。聯(lián)邦基金資助、新的能源機構(gòu)、采購合同等各類利好因素齊備，吸引了數(shù)千名美國人進入光伏這一領(lǐng)域。

一項“大宗購買”（Block Buy）的公共采購計劃，讓美國能源研究與發(fā)展管理局（ERDA）可以從私營公司預(yù)訂指定數(shù)量的光伏產(chǎn)品。雖然名為“大宗購買”，但實際采購量在今天看來少得可憐：比如1978—1979年，政府方面計劃花費220萬美元購買200千瓦的光伏產(chǎn)品，單價超過10美元/瓦，其中被采購的生產(chǎn)商甚至包括摩托羅拉在內(nèi)。雖然購買量始終不大，但在1976—1981年期間，美國“大宗購買”計劃的采購訂單占了全球光伏產(chǎn)品采購量的17%。美國光伏公司的銷售總額從1976年的700萬美元增長到1982年的1億美元。2022年11月，為了應(yīng)對能源危機，降低用電成本，歐盟委員會也推出了一項類似的光伏“大買家”計劃（Big Buyers Initiative），旨在支持城市或地區(qū)政府等公共機構(gòu)批量購買屋頂光伏系統(tǒng)。

美國政府對光伏行業(yè)和可再生能源的重視在20世紀70年代末達到頂峰。1978年，美國國會通過了《國家能源法案》，其中的《公用事業(yè)管制政策法案》（PURPA）是卡特（Jimmy Carter）政府為全球光伏政策制定者留下的一個重要遺產(chǎn)，法案要求公用電力事業(yè)公司要從可再生能源的發(fā)電企業(yè)手中購買更多的清潔電力。美國加州在推進這一法案時最為激進，為在該州購買光伏系統(tǒng)的人提供了55%的稅收抵免。后來風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)商反饋，可再生能源項目是邊際成本比較低的長期資本投資項目，最好能有一個固定的收購價格，這樣能保證資本回報。于是加州公用事業(yè)委員會（CPUC）在1985年制定了“臨時標準報價合同#4”（Interim Standard Offer Contract #4，簡稱ISO4），還制定了固定的付款時間表。由于20世紀80年代初，能源價格預(yù)期步入上漲通道，這些電力采購合同的電價以每年7%的幅度上漲，電力公司保證在10年內(nèi)以規(guī)定的價格收購風(fēng)電。ISO4也成為后來德國和中國光伏“標桿電價”政策的一個雛形，盡管兩國的政策電價與美國相反，是一路走低的。顯而易見，ISO4的豐厚回報刺激了加州風(fēng)力發(fā)電的繁榮發(fā)展，華爾街銀行為當?shù)仫L(fēng)電項目提供了10億美元的支持。1985年油價暴跌之后，ISO4經(jīng)過重新談判，風(fēng)電收購價格大幅下降。

整個20世紀70年代，美國的前后三位總統(tǒng)都大幅增加了聯(lián)邦在可再生能源方面的研發(fā)預(yù)算，國會為此撥付的資金十分充裕。1978年推出的《太陽能光伏研發(fā)法案》（The Solar PV R＆D Act）提出了“國家光伏計劃”，為期10年，耗資15億美元，致力于實現(xiàn)光伏發(fā)電的商業(yè)化落地。從1978年到1985年，美國僅為多晶硅技術(shù)的研發(fā)投入就超過8億美元，美國能源部和噴氣推進實驗室為德州儀器、海姆洛克（Hemlock）等企業(yè)出資研究低成本的太陽能級多晶硅。1979年的伊朗伊斯蘭革命和第二次石油危機，刺激卡特政府進一步推動光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展，制定了一項30億美元的光伏產(chǎn)業(yè)研究計劃。到20世紀80年代初，美國光伏企業(yè)的銷售額占全球光伏市場的85%，而這其中70%的銷售收入來自大型石油公司。它們的海上油氣平臺遠離電網(wǎng)，大量使用離網(wǎng)的太陽能供電系統(tǒng)。因為1978年之前，石油公司用重達數(shù)百千克的鉛酸電池供電，用完以后就扔到海里，對海洋生態(tài)造成污染，1978年美國環(huán)保部門禁止這種做法，所以它們紛紛轉(zhuǎn)向采購太陽能電池。

但這樣的市場繁榮景象沒有持續(xù)多久，到了1981年，支持核能的里根（Ronald Wilson Reagan）當選總統(tǒng)，美國光伏產(chǎn)業(yè)風(fēng)云突變。里根執(zhí)政前，世界石油價格在1980年達到每桶35美元以上的峰值，而到1986年跌至每桶10美元。里根表示“能源部就不應(yīng)該拿那么多錢”，將光伏研發(fā)預(yù)算從每年1.3億美元削減到5000萬美元，并將研究重點從應(yīng)用端轉(zhuǎn)向科研端。“大宗購買”計劃也難以為繼，比如1981—1985年，政府計劃購買量為1000千瓦，實際執(zhí)行的采購量只有9千瓦，還不夠美國兩戶普通居民的屋頂戶用光伏系統(tǒng)使用。里根甚至任命一名牙醫(yī)——詹姆斯·B.愛德華茲（James B.Edwards）擔(dān)任能源部長，后來更是下令關(guān)閉能源部（經(jīng)兩黨成員反對沒能通過），還解雇了太陽能研究所的負責(zé)人，裁員三分之二，并削減了80%的預(yù)算。1985年，沙特阿拉伯的石油產(chǎn)量過剩，價格暴跌，“能源獨立”不再是一個令人憂心的問題，美國便“系統(tǒng)性地”取消了各類光伏發(fā)展計劃。1986年，一個標志性事件是里根下令拆除了白宮屋頂?shù)奶柲軣崴鳎@些集熱板是1979年卡特在位時安裝上去的。此后多任美國總統(tǒng)都將白宮屋頂視作自己支持可再生能源的一個“秀場”，包括小布什（George Walker Bush）和奧巴馬（Barack Hussein Obama）。1988年，里根政府的光伏研發(fā)資金相比于1980年的高峰時期削減了75%。

在整個20世紀下半葉，美國為全球光伏行業(yè)貢獻了幾十項技術(shù)突破，包括鋁基漿料、氫等離子鈍化、準正方形硅片等。馬丁·格林教授統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，從1954年到2004年，光伏行業(yè)最重要的20項技術(shù)突破，其中的14項出現(xiàn)在1974—1981年，且?guī)缀醵颊Q生于美國。這些突破與政府支持密不可分，因為一半以上的技術(shù)是在美國能源研究與發(fā)展管理局和太陽能研究所推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展時期研發(fā)出來的。

里根政府引領(lǐng)的長達數(shù)年的“光伏大撤退”，讓日本和德國先后抓住機會，成為20世紀末在全球光伏領(lǐng)域的“執(zhí)牛耳者”，比如1989年德國光伏研發(fā)金額首次超過了美國，日本的夏普、京瓷等公司在20世紀90年代迅速發(fā)展成為領(lǐng)先的光伏制造企業(yè)。