圖：陽光動力2號太陽能飛機
本文想重點談談光伏等新能源的一個公認的弱點，就是能量密度低的問題。之所以以光伏為例，因為在風力、光伏、生物質等各種新能源中，光伏發電的這個弱點最明顯。
能量密度，指單位能源介質能夠釋放出的能量，這個單位可以是單位重量、單位體積，或者單位面積。例如，討論煤炭的時候，我們所說的熱值，就是單位重量所能夠釋放的能量，通常以“熱值”來表示。而對于石油或天然氣等流體，既可以用重量（每克多少千卡），也可以用單位體積的能量來表示，如對于天然氣通常以每立方米多少千卡熱量來表示。
傳統能源的能量密度是很高的，例如，一車廂煤炭能夠讓火車跑數千公里，能夠發出20萬度電，足夠滿足1萬個家庭一天的用電需求。汽車加滿一箱油，能夠跑七八百公里，這就是能量密度高的好處。能量密度高，還使得傳統能源便于儲存和運輸，無論是煤倉還是儲罐，一個幾十畝的地方，就能夠儲存供幾十萬戶居民一個月的能源消費所需的煤炭和石油。
光伏發電的能量密度低，不是光伏發電組件的問題，而是照射到地面的陽光的能量密度本來就很低，由于接受光照是按照面積計算的，因而光伏發電的能量密度也以單位面積的能量計算。晴天的中午，照射到地面上每平方米的陽光的總功率大約是1千瓦，如果光伏發電的轉換效率按照20%計算，那么，每平方米光伏組件的發電功率就是200瓦。如果按照現代城市家庭每戶5KW的用電功率計算，每戶需要25平方米的組件?？紤]到每天光伏發電的平均小時數只有3~6小時，這個面積可能還要大上兩到三倍，即70~80平方米才能滿足5KW的用電需求。那么，1萬戶居民的家庭用電，需要70萬平方米的光伏組件，再考慮維護通道和組件面板之間的空隙，大約需要100萬平方米，也就是說，占地（或占屋頂）1平方公里的光伏電站才能滿足1萬戶的家庭用電。
與石油煤炭相比，光伏的能量密度低似乎的確是一個缺點。但是，如果我們看看電力的用戶，就會發現，除了大型工廠和設施以外，絕大多數的電力用戶其實所需要的能量密度并不高。以居民為例，按照前面每戶5KW的功率計算，采用光伏發電大約需要25平米的光伏組件，占有約70平方米左右的屋頂面積，這是絕大多數居民的房屋都能夠滿足的。而大多數電子、機械、電子工廠，假如廠房的面積是5000平方米，屋頂的光伏組件將能夠提供800K的電力（考慮了維護通道），這樣的功率在大部分的情況下，能夠滿足該屋頂下的車間里的設備生產和人員辦公的用電。 而農村和城鎮，由于建筑高度不大，相對用電功率不大，光伏發電的能量密度更加不是問題。至于農業生產、油田、礦山、野外基地、哨所等地方，光伏發電的能量密度簡直是由大自然（你也可以說上帝）為這些場合量身定做的。
真正需要高能量密度的，只有高層建筑、冶金、化工等高載能工業項目。從建筑物或者工業設施的數量上來說，他們所占的比重并不大。
因此，光伏發電的能量密度低，與大部分電力用戶的能量密度分布情況是一致的。因此，應當說，除了那些高載能的工廠需要傳統的化石能源來用于供電外，對于大多數的居民、城鎮、鄉村、農業生產、野外設施的供電來說，光伏發電與電力用戶的需求的能量密度反而更加匹配，更加合適。
那么，為什么在大多數人們的心目中，能量密度低會成為一個缺點，而且是很大的缺點呢？這是由于電網的結構所決定的。
由于煤炭、石油的能量密度高，因此，逐步形成了大功率發電機組集中發電的形式，而且，鍋爐、汽輪機、發電機的功率越大，效率也越高，因此，發電廠的功率就越來越大。發電廠發出的電力經過骨干電網送往各地，然后再經過較低電壓的輸配電網絡傳送到工業區、居民區等最終電力用戶。如果光伏發電也要采用這樣的模式來進行輸電和配電，自然，能量密度低就成為缺點，因為不僅占地面積大，而且，電力收集的成本也非常高。
但是，現代電力輸電網絡的體系，并非是天生的，而是隨著發電技術逐步演變成為現在的電力輸配系統。
1880年，在愛迪生發明了電燈，使得電力第一次具有實際的作用（照明）以后，愛迪生開始為路燈的照明鋪設輸電系統。當時的電力和電燈都是直流電，愛迪生的電力系統是低壓直流電（與現在的光伏發電完全相同），在距離發電機半英里的范圍內，直流電是高效率而且經濟的，與現在光伏所倡導的“低成本高效率”的目標一樣。因此，愛迪生在一個城市里建立多個直流中心站，從中心站電線呈放射狀輻射到周圍一英里方圓內的建筑。當時愛迪生電燈公司的第一批客戶包括德雷克賽爾財團、摩根財團、帕克銀行，還有《紐約時報》。愛迪生的電力系統逐步從門羅公園擴充到華爾街，然后是華盛頓的白宮，再到巴爾的摩。愛迪生建立了自己的低壓直流電網體系，并深深為之自豪。他根本不想與交流電有任何關系。
這時，電力歷史上另外一個重要的人物威斯汀豪斯（Westing House，他用自己的名字命名的公司，被音譯為西屋公司）出現了。威斯汀豪斯發現，愛迪生的低壓直流電網的物理局限是顯而易見的。因為每個直流中心電站只能覆蓋1英里方圓，而在這個區域內，建筑內使用電燈的用戶越來越多，每個家庭內使用的電燈數量也會越來越多，因此，中心站很快就不能滿足所覆蓋區域內的越來越大的電力需求。此外，發電機的噪聲使得附近居民不堪其擾。著名的摩根公司總裁摩根先生在自己的地下室里安裝了一臺蒸汽機和發電機，這些機器的聲音如此之大，使得他的鄰居詹姆斯-布朗太太不停地抱怨，不僅她的整個房子都在一致發抖，而且討厭的濃煙使得她家里的銀器褪色，滿地的煤灰則使得院子無法保持整潔，還有討厭的嗡嗡不已的噪音，和冬天溫暖的煙囪管道招來的野貓的嚎叫。
威斯汀豪斯在從交流電的變壓功能想到了一種新的、更經濟有效的輸電方式。為了減少各個直流電中心的發電機的噪音和污染等對附近居民的騷擾，他將發電機從設立在居民附近的直流中心電站搬到遠離居民和市中心的郊外，并將大量的小型發電機升級為大功率發電機組，使單個發電機組的能量轉換效率得到大幅提高。為了減少輸電損失，采用變壓器升壓后再輸電，為此交流電和高壓輸電技術被采用，高壓電后通過長途輸電線路，送到市區和工業區，再變壓到低壓，通過配電網到用戶。這就是現代電網的雛形。
交流電網一面世就顯示了優勢，這當然嚴重影響了愛迪生電燈公司的利益。從此，愛迪生為了交流電還是直流電和威斯汀豪斯之間進行了長達十余年的殘酷競爭，這種競爭并不像他們兩位紳士表面上看上去那么有風度。惡意中傷、爾虞我詐、賄賂、間諜等多種卑鄙手段都出現了，當然，市場競爭的決定性因素還是取決于技術的先進性，而不是其它。最終，通過1892年的芝加哥世界博覽會的照明中標和1895年尼亞加拉大瀑布的水電站的建成為標志性勝利，威斯汀豪斯公司終于戰勝了愛迪生的直流系統，確立了交流電的主導地位。從那以后，從此以后，火力發電廠機組的功率越來越大，輸電距離越來越長，輸電電壓越來越高。特高壓、超大功率、超遠距離傳送成為了現代電網的標志和象征。
時代輪回。隨著光伏等新能源的推廣應用，光伏電源成為了隨處可得的電源，它沒有噪音，沒有污染，也沒有討厭的黑煙。既然自己的屋頂就能夠產生電力，為什么還要遠距離送電？當然，已經建成的輸電體系還是有它的用途，例如，上海這樣的大都會城市，寶鋼這樣的鋼鐵廠，都需要。但是，對于農村，對于新城鎮，對于農業生產，對于大量用電量不大、卻有著大面積的屋頂的工廠，為什么還要采用長途電網來輸電？如果再考慮深一步，我們家庭的電器，都完全可以采用直流電，而且大部分必須采用直流電。例如，電視，電話，電腦，LED電燈。而那些大功率的家電，如空調、冰箱、電飯鍋，其實也完全可以采用直流電。那么，直流電和交流電會不會發生第二次大戰，這一次的勝利者會是哪一個呢？
可以確定的是，隨著光伏發電等新能源的大量應用，直流電網很可能再次興起，并在家庭和辦公場所占據上風。但是，這絕對不會是倒退，而是一種進步，是螺旋式的上升。
首先，電源是完全的綠色能源，不再有噪音和污染；其次，直流與交流的轉化都是通過電力電子的方式進行變換，不需要發電機和整流器；不同新能源與就地的負載共同組成了微電網，而且會逐漸出現交直流并存的混合電網。而且，現代的光伏與當年的中心站也不同，愛迪生的中心站依然是一點發電對多點用電的放射性結構，而現在的光伏完全是在每個屋頂上的多點發電對多點用電（更像是互聯網的peer-to-peer的結構），因此，電力傳輸距離很短。需要指出的是，目前，長途輸電線路的輸電損失占到了電廠所發出的電力的25%左右，這是一個驚人的浪費。更不用說那些線路的架設所需要花費的投資了。
今后，對于那些用電功率不是那么大的場、設施和建筑，完全可以采用新能源以微電網的形式進行供電。你可以稱之為“分布式發電”，但這個叫法并不嚴謹。“微電網”是更科學的叫法。各種新能源對所在的電力負載進行就地供電，電源與負載共同組成了一個微電網。網內的負載增加與電源的增加完全可以同步，不會存在發電容量限制的問題，因為，新的電力需求必然需要建筑的增加，而新房子必然有新屋頂。然后，大量的微電網將通過智能技術互聯，而那些載能大的用戶則可以依然采用現有的電網體系進行輸配電，微電網將與骨干電網融合到一起，組成一個遍布全地區、全國乃至全球的能源互聯網。
微電網大量誕生后，大家會發覺，原來光伏發電的能量密度低，也未必是一件壞事，反而可能是上天為我們人類早就做好的一個恰到好處的、美妙的安排。
