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鈣鈦礦,會(huì)是光伏革命的終極答案嗎?

來源:全球起重機(jī)械網(wǎng)??人氣:795
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 新能源革新的背面,實(shí)質(zhì)是資料的躍遷。

動(dòng)力電池新道路鈉離子電池,其實(shí)是從鋰到鈉元素的轉(zhuǎn)變;光伏硅片從P型到N型的迭代,實(shí)質(zhì)是其間摻雜的硼元素到磷元素的遷移。
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作為新能源的主力軍,當(dāng)時(shí)光伏的商業(yè)化會(huì)集在晶硅電池,而硅的能量轉(zhuǎn)化功率(PCE)是有極限的。越是從中“榨取”電能,就越能感遭到晶硅電池進(jìn)步空間的逼仄。

除非逾越硅。

光伏工業(yè)革新的十字路口,用10年時(shí)刻走完晶硅電池50年開展之路的鈣鈦礦橫空出生,其才能轉(zhuǎn)化率現(xiàn)已打破晶硅電池極限。

光伏即將迎來再一次顛覆。

“吊打”晶硅電池

“PERC之后或許是異質(zhì)結(jié)(HJT)或許TOPCon,而HJT和TOPCon之后的未來,一定是鈣鈦礦。”

跟著鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)化功率不斷打破極值,業(yè)界遍及將其看做引領(lǐng)光伏工業(yè)未來開展的“最佳人選”。

2009年,日本科學(xué)家TsutomuMiyasaka初次用鈣鈦礦光伏電池發(fā)電,當(dāng)時(shí)的電能轉(zhuǎn)化功率僅有3.8%,僅僅在十年之后的2019年,鈣鈦礦電池功能便飆升至25%。

2021年11月,柏林亥姆霍茲中心(HZB)研制的鈣鈦礦串聯(lián)電池轉(zhuǎn)化功率高達(dá)29.8%,發(fā)明了至今停止鈣鈦礦電池最高紀(jì)錄。

值得注意的是,這一記載超過現(xiàn)在功率最高的異質(zhì)結(jié)、TOPCon等晶硅技能的功率極限,將同為薄膜電池的其它技能道路甩開幾條街。

晶硅組件不同技能的理論極限分別為:

晶體硅太陽能電池理論極限功率:29.43%;

普通單晶硅電池抱負(fù)條件下最高功率為24.5%;

HJT電池抱負(fù)條件下最高功率為27.5%;

TOPCon電池具有更加高的功率上限:28.2%-28.7%。

可以說,在能量轉(zhuǎn)化功率上,鈣鈦礦現(xiàn)已吊打晶硅電池,將光伏這一新能源上升至全新高度。

從理論極限來看,鈣鈦電池單層電池理論功率極值可達(dá)31%,晶硅/鈣鈦礦雙節(jié)疊層轉(zhuǎn)化功率可達(dá)35%,而三節(jié)層電池理論極限或許升值至45%以上。

而如果摻雜新型資料,鈣鈦礦電池的轉(zhuǎn)化功率最高能到達(dá)驚人的50%,是現(xiàn)在晶硅電池的2倍左右。

雖然這些數(shù)據(jù)現(xiàn)在還僅限于實(shí)驗(yàn)室或許理論研究層面,但鈣鈦礦顯然現(xiàn)已擁有了微弱的競爭力,它的出生為光伏工業(yè)打開了全新的幻想空間。

本錢低于火電?

“降本增效”是光伏工業(yè)化的中心要義,也是光伏企業(yè)追逐的終極出題。

自光伏技能誕生起,這個(gè)行業(yè)就圍繞著“功率與本錢”不斷掀起新的技能革新。功率方面,晶體硅光伏電池的理論極限功率是29.43%,在現(xiàn)在研制的光伏新技能道路中,能打破30%閾值的包含鈣鈦礦和GaAs(砷化鎵)。其間,GaAs雙結(jié)疊層電池到達(dá)了32.8%的實(shí)驗(yàn)室最高記載,優(yōu)于鈣鈦礦。

但工業(yè)化繞不開本錢,因?yàn)镚aAs技能工藝雜亂,原資料價(jià)格十分昂貴,低本錢大規(guī)劃量產(chǎn)難以滿意光伏商業(yè)化要求。

因而,本錢更具優(yōu)勢的鈣鈦礦/HJT疊層電池被認(rèn)為是打破30%轉(zhuǎn)化功率的最具性價(jià)比的技能道路。

比照來看,鈣鈦礦對雜質(zhì)不靈敏,通常90%左右純度的鈣鈦礦就可以用于制作功率超20%的電池;而晶硅對雜質(zhì)十分靈敏,純度有必要到達(dá)99.9999%以上才能用于制作。

光伏企業(yè)出資1GW晶硅電池,需求從硅料、硅片、電池、組件算計(jì)超過9億元;而協(xié)鑫納米披露的數(shù)據(jù)顯示,其制作的鈣鈦礦百兆瓦產(chǎn)線出資為1億元,1GW的出資僅為5億元。也就是說,1GW鈣鈦礦電池的出資強(qiáng)度僅為晶硅的一半。

并且,晶硅電池工業(yè)鏈需求硅料、硅片、電池、組件4個(gè)工廠,而鈣鈦礦僅需1個(gè)工廠,工業(yè)鏈明顯縮短,且大幅下降了物流等本錢。

昆山協(xié)鑫光電CEO范斌乃至認(rèn)為:“鈣鈦礦的度電本錢有望比火電還低,跟火電拉開一毛錢到一毛五的本錢差異,然后完成光伏對火電的大規(guī)劃替代。”

從2020年幾大電力公司的度電本錢來看,如果鈣鈦礦度電本錢下降至僅有晶硅電池發(fā)電的一半,那么將明顯優(yōu)于火力發(fā)電,成為極具競爭力的新能源。

鈣鈦礦電池還有一大優(yōu)勢,作為一種高柔性的薄膜電池,可以使用在晶硅電池?zé)o法觸達(dá)的使用場景;并且結(jié)構(gòu)輕便,易于裝置,更適合當(dāng)時(shí)大力推廣的光伏修建一體化。

巨子比賽

作為第三代光伏技能,本錢早已瞄上了這一技能藍(lán)海。

此前不斷改寫的世界紀(jì)錄都出自實(shí)驗(yàn)室,問題是這些電池的尺度很小,遍及只有1cm²-1.12cm²,壽數(shù)也十分短,不具備工業(yè)化條件。

企業(yè)要想在鈣鈦礦的商業(yè)化上更近一步,一方面要不斷進(jìn)步轉(zhuǎn)化率,另一方面要著手處理尺度和壽數(shù)的問題。

許多玩家現(xiàn)已下海進(jìn)行工業(yè)化實(shí)踐,現(xiàn)在國內(nèi)最早完成量產(chǎn)的是昆山協(xié)鑫。2021年,昆山協(xié)鑫100MW鈣鈦礦生產(chǎn)線開端試生產(chǎn),并且將組件面積擴(kuò)大至1m×2m,光電轉(zhuǎn)化功率進(jìn)步至18%以上。協(xié)鑫光電現(xiàn)在可大規(guī)劃量產(chǎn)的是45cm×65cm的產(chǎn)品,轉(zhuǎn)化功率為15%。

除了協(xié)鑫光電,由三峽本錢出資的纖納光電,先后7次打破了鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)化功率記載。當(dāng)時(shí),其位于衢州的100MW量產(chǎn)線也現(xiàn)已破土動(dòng)工。并且于本年2月,開建全球首個(gè)鈣鈦礦地面光伏電站。其和三峽科學(xué)院聯(lián)合研制的疊層電池組件轉(zhuǎn)化功率到達(dá)了26.63%。

長城汽車創(chuàng)始人魏建軍控股的極電光能,在63.98cm²的鈣鈦礦光伏組件上,完成了20.5%的光電轉(zhuǎn)化功率,發(fā)明了全球大面積鈣鈦礦電池功率的最高紀(jì)錄。

極電光能更垂青鈣鈦礦在光伏修建一體化(BIPV)上的使用。極電光能總裁于振瑞此前就表明,“BIPV是現(xiàn)階段鈣鈦礦電池最好的工業(yè)化路徑之一,咱們會(huì)首先切入BIPV范疇,開發(fā)鈣鈦礦幕墻產(chǎn)品。”

因?yàn)槟粔Ξa(chǎn)品的特殊性,鈣鈦礦可以發(fā)揮自己的共同優(yōu)勢,避開與晶硅電池直接“拼刺刀”。幕墻產(chǎn)品追求外觀設(shè)計(jì),且需求透明度,這恰好是鈣鈦礦的優(yōu)勢,卻是晶硅技能的短板。鈣鈦礦電池可以做到美觀且半透明,因而BIPV極有或許成為鈣鈦礦商業(yè)化的前哨站。

據(jù)悉,極電光能正在建造150MV鈣鈦礦試制線,估計(jì)在本年可進(jìn)行投產(chǎn),功率將不低于18%,且該項(xiàng)目產(chǎn)品尺度到達(dá)了1.2×0.6平方米。

比較重視轉(zhuǎn)化功率的纖納光電和極電光能,萬度光能更重視本錢。自創(chuàng)立起,萬度就主攻超低本錢光伏器材——“印刷鈣鈦礦光伏”技能的開發(fā),基于印刷技能和廉價(jià)原資料,研制出3600c㎡的鈣鈦礦組件,本錢方面也更勝一籌。

在湖北鄂州、宜昌政府的支持下,萬度光能的“野心”更大。2021年6月,其總出資高達(dá)60億元的鈣鈦礦太陽能電池項(xiàng)目正式落地,這是迄今停止,最大的鈣鈦礦電池出資項(xiàng)目。

該項(xiàng)目共分為兩期,一期產(chǎn)能為200MW,順暢量產(chǎn)后,萬度光能方案擴(kuò)充至10GW。

海外巨子中,韓國韓華集團(tuán)最為活躍,這家全球光伏TOP10企業(yè)與柏林亥姆霍茲中心(HZB)合作研制的鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池,發(fā)明了轉(zhuǎn)化率高達(dá)29.8%的世界紀(jì)錄。韓華集團(tuán)已方案對此技能進(jìn)行出資擴(kuò)產(chǎn),該技能也被列為韓國國家項(xiàng)目。

▲數(shù)據(jù)來歷:索比光伏網(wǎng),東方證券研究所

此外,傳統(tǒng)晶硅電池玩家隆基股份、通威股份、東方日升等公司均對鈣鈦礦太陽能電池表現(xiàn)出濃厚興趣,或現(xiàn)已在相關(guān)范疇有所布局。

可以看出,鈣鈦礦的商業(yè)化仍處于起步階段,但不少工業(yè)本錢現(xiàn)已跑步入局。計(jì)算來看,本年估計(jì)有2GW的鈣鈦礦電池產(chǎn)能完成量產(chǎn)。

光伏技能工業(yè)化主要看三大要素——本錢、功率、壽數(shù)。鈣鈦礦在本錢和功率方面遠(yuǎn)勝于晶硅電池,但其壽數(shù)短、穩(wěn)定性差、天然不穩(wěn)定,導(dǎo)致功率衰減過快,這是鈣鈦礦技能工業(yè)化落地的最大掣肘。

要知道,現(xiàn)在的光伏電池遍及壽數(shù)在25-30年。因而,在進(jìn)步產(chǎn)品尺度和能量功率的同時(shí),如何將鈣鈦礦的壽數(shù)進(jìn)步至25年,將是押注鈣鈦礦技能的企業(yè)亟需處理的問題。

進(jìn)步電池壽數(shù),背面涉及到資料體系、電池結(jié)構(gòu)、封裝等等環(huán)節(jié)。當(dāng)時(shí),全球光伏界正在對鈣鈦礦的功率衰減和穩(wěn)定性進(jìn)行科技攻關(guān),新的處理方案不斷涌現(xiàn),也許很快就會(huì)有最佳的處理辦法。

作為世界經(jīng)濟(jì)論壇(WEF)認(rèn)定的“改動(dòng)人類生活的10大新興技能”之一,鈣鈦礦電池的前景現(xiàn)已益發(fā)明晰,一幅宏偉的工業(yè)藍(lán)圖正徐徐展開。市值調(diào)查作者:云潭

標(biāo)簽:

鈣鈦礦光伏

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