铜铟镓硒获百亿资本加持 多家巨头搅动光伏业

近日,网传小米准备开发一款可以利用太阳能充电的手机。这款手机的亮点在于,其背面铺设了光伏组件(约占背板三分之一的面积),即以光伏系统作为提高手机续航能力的辅助手段之一。

铜铟镓硒获数百亿资本“加持”中国神华等“大玩家”开始搅动光伏业

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8月14日,小米官方就太阳能手机的相关问题,回复《证券日报》记者称,小米申请太阳能手机专利一事属实,但其“目前就是专利储备,离正式商用还很远”。

不知是必然又或是偶然,近两年来,在一个并不为业界之外所熟识的光伏细分技术路线——铜铟镓硒上,突然涌现出了一批拥护者,而其中甚至汇聚了如中国神华集团、中建材这般有实力搅动中国光伏产业格局的“大玩家”。

中建材AVANCIS在进博会上展出的一款被命名为AVANCIS SKALA的薄膜太阳能建材

尽管只是专利储备,甚至一些手机业内人士也并不看好太阳能手机的“钱途”,但小米加入三星、LG、Caviar等一众手机厂商行列,先后研发、推出太阳能手机或太阳能手机附件的行动还是令人们对这一蓝海市场充满了憧憬。特别是在资本的助推下,太阳能利用正与建筑、建材、单车、乘用车、商用车、日用品等产品结合的愈发紧密。

尤其是在2017年底-2018年初,各方势力在铜铟镓硒的布局不约而同地传来了新消息,据《证券日报》记者整理,2017年12月份,中国建材集团旗下凯盛集团宣布其位于安徽蚌埠的300MW的铜铟镓硒薄膜组件产线正式投产;同样在2017年12月份,同煤集团、大同市经济发展投资有限公司和汉能集团也宣布其共同投资的第一条50MW产线开始投产;而紧随其后,2018年1月份,神华集团、上海电气、德国光伏设备制造商Manz
AG共同出资建设的重庆神华薄膜太阳能项目宣布正式开工,据称该项目设计年产能为306MW。

汉能于今年10月份对外发布了以“汉墙”命名的薄膜太阳能幕墙、外墙建材系列产品;11月初,国家能源集团与碧桂园集团合作建设的,运用了国家能源集团薄膜太阳能建材的科技创新小镇建筑光伏一体化科技示范项目在惠州潼湖竣工;同样是在11月初,中国建材集团于中国国际进口博览会上,对外展出了一款名为AVANCIS
SKALA的功能艺术光伏一体化建筑产品。

据《证券日报》记者不完全统计,仅在被业界认为最适合与上述产品结合的薄膜太阳能领域,从2015年至今,就至少有470亿元资金先后投入这一领域。不仅有汉能集团、锦江集团等大型民营企业,还不乏国家能源集团、中建材等大型国有企业。

一位接近重庆神华的不愿具名人士向《证券日报》记者表示,作为薄膜光伏技术路线之一的铜铟镓硒如此“受宠”,主要得益于大致三点:光伏的应用正在趋向与建筑结合、与建材融合,而这是薄膜光伏技术柔性、美观性所奠定的基础;从光电转化效率来看,铜铟镓硒实验室水平已经达到22.6%,所以其未来具有更大的增长潜力;之所以铜铟镓硒能够从砷化镓、碲化镉等薄膜路线中暂时胜出,获得更多青睐,则源于其生产成本控制、工艺等相对更为成熟。

汉能、国家能源集团、中建材集团研发的上述产品均以BIPV为目标市场,而上述各家产品也不约而同地采用了薄膜太阳能项下的同一细分技术路线——铜铟镓硒。

事实上,近期国内薄膜太阳能领域的投资仍然火热。7月29日,贵州省铜仁市高新区,举行了铜仁梵能移动能源产业园一期300兆瓦柔性铜铟镓硒首条生产线投产仪式。据了解,这一项目采用了汉能旗下MiaSolé柔性铜铟镓硒薄膜太阳能技术及设备,提出“平均每年提高转换效率1%”的目标。而在此之前,国内已有数个薄膜太阳能相关项目相继投产和开工。

铜铟镓硒

应该说,正是包括汉能、国家能源集团、中建材集团的相继入局,令BIPV这一业界所憧憬的蓝海市场,得到了愈发广泛的关注。

在业界看来,薄膜太阳能技术受到如此青睐,主要源于众多产品具有提高续航能力或者追求清洁、低碳的需求。而作为薄膜光伏技术路线之一的铜铟镓硒如此“受宠”,主要得益于大致三点:光伏的应用正在趋向与建筑结合、与建材融合,而这是薄膜光伏技术柔性、美观性所奠定的基础;从光电转化效率来看,铜铟镓硒实验室水平已经达到22.6%,所以其未来具有更大的增长潜力;之所以铜铟镓硒能够从砷化镓、碲化镉等薄膜路线中暂时胜出,获得更多青睐,则源于其生产成本控制、工艺等相对更为成熟。

赢得资本青睐

而对于BIPV的发展,甚至有研究基于“建筑能耗降低的迫切需求(建筑能耗约占全社会总能耗40%)”,以及“光伏技术目前是赋能建材为数不多的选择”等主逻辑,推测其全球市场规模可能达到数十万亿级别。

在《证券日报》记者就小米太阳能手机展开的采访中,尽管业内人士普遍支持小米这种创新尝试,但一些手机行业从业者还是提出了质疑。甚至光伏业界也有资深人士向记者表示,“根据图片,该手机采用的可能是减厚的异质结光伏电池,虽然它的转化效率不错,但这样的面积恐怕很难在短时间内,为手机提供足以支撑通话的电量。另外,由于该电池减厚也面临脆度提高,易隐裂等问题。”

值得一提的是,尽管上述“大玩家”的入局,使得铜铟镓硒愈发受到关注。但在我国光伏产业中,更多的资本、产能目前仍然集中于多晶硅、单晶硅路线。而对铜铟镓硒等薄膜技术的未来,各方也仍各持己见。

不过,对于这一预测,尽管一直致力于铜铟镓硒的产业化,中建材凯盛科技集团公司光伏事业技术总监、德国Avancis公司首席战略官陈颉博士在接受《证券日报》记者采访时,还是极为审慎的表达了“BIPV在全世界都没有大规模应用先例,如果仅凭能够发电这一特点,那么其未来五年甚至十年的装机规模都不会有大幅增长”的观点。

国家能源集团方面相关研发人员向《证券日报》记者表示,“我们还是更专注于薄膜太阳能技术在建材、BIPV、汽车、飞机等领域的应用。”

不过,排除立场不同,较为客观的一种声音认为,单晶硅、多晶硅和薄膜在应用上各具优劣。比如从地面电站建设角度来看,在相等的装机容量要求下,单晶硅、多晶硅不需要更多的土地。但由于薄膜电池,特别是铜铟镓硒电池具有更好的弱光性(光照不足时,仍可发电)、温度不敏感性(对温度的变化不敏感,温度提高时,电池效能下降较小)。所以,在实际发电量上,薄膜优势则更为突出。

专业建材央企入局BIPV市场

据了解,2018年11月份,由国家能源集团和碧桂园集团合作建设的惠州潼湖科技创新小镇建筑光伏一体化科技示范项目竣工。

早在2013年时,中组部“千人计划”国家特聘专家、时任北京低碳清洁能源研究所太阳能中心主任的陈颉博士曾向《证券日报》记者透露过他在意大利获得的实验数据:在单晶硅的电池效率为18%、非晶硅和铜铟镓硒分别为7%、12.5%的基础上,进行同环境、同规模,为期一年的实验所得数据显示,单晶硅年发电为1.05度/瓦、非晶硅1.21度/瓦、铜铟镓硒则为1.37度/瓦。

BIPV(Building Integrated
Photovoltaics),即通过建筑物,主要是屋顶和墙面与光伏发电集成起来,使建筑物自身利用太阳能生产电力,以满足建筑物本身的用电和用能需要。

除了建筑方面,《证券日报》记者还获悉,由汉能GSE与中国恒天TAM公司共同开发的国内首套机场摆渡巴士薄膜太阳能车顶系统,目前已经完成安装,投入使用。

这意味着,在弱光性、温度不敏感性的作用下,薄膜电池能够获得了更高的发电量,而其中,铜铟镓硒尤为突出。

但也正是由于这一定义范畴,BIPV并不包括如今在我国乃至全球已经大范围运用的分布式光伏(诸如在屋顶架设的分布式光伏发电系统)。

除了应用上可能存在的上述优势外,包括铜铟镓硒在内的薄膜技术的崛起,也离不开政府的推动。据《证券日报》记者了解,在德国工业年鉴上可以查到这样一组数据:在2009年至2013年间,德国政府有超过60%财政资助是针对薄膜电池的,更有超过70%的研究经费集中于薄膜光伏。”此外,陈颉曾向记者介绍道,“在德国,所有的薄膜光伏企业都享有电费补贴,但晶硅类企业却不享受。而德国政府自2011年9月恢复了对效率在11.6%以上的薄膜硅太阳能电池、效率在13.8%以上的铜铟镓硒太阳电池和效率在15%以上的碲化镉薄膜太阳能电池实施银行贷款补贴。”

在业界看来,真正意义上的BIPV,光伏发电与建筑间不能分割,而应该是融为一体的,即呈现建材化和构件化的特征。比如具备光伏发电功能的瓦,可替代防水材料的柔性薄膜太阳能组件,与中空玻璃一样可以透光、隔音的光伏幕墙,以及分散布局的微型逆变器,便于搭建光伏的建筑构造等等。

一场围绕铜铟镓硒

如今中国的BIPV市场,拥有了越来越多的拥护者、参与者。据《证券日报》记者梳理,其中包括汉能、龙炎、中建材、国家能源集团、锦江集团、尚越光电等企业。

展开的竞争将拉开序幕

鉴于BIPV市场建材化和构件化的发展方向,特别是于2015年,作为专业的建材龙头央企——中建材集团从建材角度的入局,则令各界更加笃定这一市场广阔的空间。

不论如何,种种因素促使薄膜,尤其是铜铟镓硒在若干年后于神州大地上赢得了数百亿元资金的青睐。据《证券日报》记者粗略整理,仅上述提及几个项目投资总额就已达到200亿元,其中中建材安徽蚌埠项目计划投资14.3亿欧元,约合人民币111亿元;而重庆神华项目总投资则将达到75亿元。可想而知,一场围绕铜铟镓硒的“竞争”,将在中国拉开序幕。

公开资料显示,2014年,中国建材集团收购了德国Avancis公司。成立于2006年的Avancis公司是铜铟镓硒薄膜太阳能电池生产企业,在铜铟镓硒技术方面位居世界前列。

那么,上文提及的“大玩家”们,目前都处在怎样的竞争格局之中呢?

据了解,在保留和引进Avancis公司的全部技术团队,继续运营其技术中心、研发实验室的基础上,中建材还建成投产了国内规模最大的年产1.5吉瓦的铜铟镓硒薄膜太阳能模组生产线。2016年,Avancis以17.9%的转化效率刷新了封装铜铟镓硒薄膜组件的世界纪录,该项成就也超越了此前国际知名公司创下的16%、16.5%的转化效率。

从技术角度来看,据了解,凯盛科技旗下德国Avancis公司生产的CIGS薄膜太阳能全尺寸冠军组件,有效面积光电转换效率达到了16.4%;而与神华合作的德国Manz,其CIGS薄膜太阳能芯片的量产转换效率也达到了16%。

计划四年内降本至2.2元/瓦

而作为中国发展薄膜太阳能技术的“鼻祖”,公开的数据显示,汉能Solibro玻璃基CIGS薄膜太阳能量产冠军组件效率达到16.97%(有效面积17.92%),为共蒸法CIGS组件量产世界纪录;GSE柔性CIGS薄膜太阳能芯片研发效率18.7%,量产冠军组件效率达到16.2%;其MiaSolé柔性CIGS薄膜太阳能芯片当前的研发效率已达到19.4%,量产冠军组件效率也达到了18%,为目前全球溅射法CIGS柔性组件最高效率。

在光伏领域,如今单多晶太阳能组件仍然占据着主流地位,而薄膜太阳能则更为聚焦于绿色建材、建筑市场。业界认为,导致这一格局的主要原因是,单多晶太阳能在地面电站、分布式光伏系统等应用上,目前来看,具有绝对的成本优势;而薄膜太阳能在绿色建材、建筑市场,则具有安全、美观、弱光发电效果好、衰减低等优势。

“从目前来看,在足以影响产业格局的几家中,神华、中建材发展铜铟镓硒都是采用玻璃基的,这点上无形中使其丧失了薄膜太阳能的‘柔性’优势(更好地与建筑、汽车等结合。)”一位业内人士向《证券日报》记者表示,“相比之下,汉能在铜铟镓硒上的技术储备更为全面,尤其是在他的GSE和MiaSolé柔性薄膜上。但这并不意味着神华、中建材未来不会关注‘柔性’化的发展。”

尽管认为薄膜太阳能,特别是铜铟镓硒的降本空间仍然巨大,陈颉目前却并不看好铜铟镓硒组件与建材、建筑融合的“赚钱效应”。

此外,与单多晶不同,所谓铜铟镓硒薄膜太阳能电池,是指使用化学物质Cu、Ga通过共蒸发或后硒化工艺在衬底上形成吸收层的太阳能电池技术。在上述重庆神华不愿具名人士看来,目前,不论“共蒸发”还是“后硒化”其本质都是一样的,“应该说,两种生产环节上的不同,并没有为任何一方带来可以制胜的优势。”

“我们都知道,在建筑上只有南面的墙才能接收到更多的阳光,安装光伏组件才有意义。但即便如此,南面的墙也不能得到太阳光的直射,这就造成了光伏发电效能的减弱。”陈颉介绍。

这笔经济账并不难算:按照1平方米的薄膜太阳能功率为140瓦计算,在无法得到太阳能直射的建筑南墙上,其1小时的发电量约为0.14度,对于用于幕墙的BIPV应用,有效日照时数约550-930小时/年计算(因不同地区和建筑物的不同位置而变化),其全年发电仅有130度/平方米,若对应工商业电价0.7元/度,其每平方米发电收益不到100元/年。

“目前,彩色铜铟镓硒光伏功能性建材组件的价格普遍在1700元-2000元/平方米。”因此,陈颉认为,“如果只看发电收益,那么现在简单的铜铟镓硒BIPV幕墙应用经济性并不好。”

“不过,当铜铟镓硒光伏功能性建材组件完全能够承载所有的造型、现代元素,而发电只是它的一项附件的功能时,我们就实现了高科技与艺术品的结合,人们一方面享受了艺术,另一方面也享受了高科技的功能,提供的是一种科技艺术化的解决方案,是BIPV艺术,而不仅仅只是BIPV功能。”陈颉介绍,“中建材正在这么做,我们的铜铟镓硒功能性建材可以镂空、划线,有16种颜色,并且可以实现不同尺寸大小、几何形状的定制化。”

对于未来,陈颉并不担心薄膜太阳能,尤其是铜铟镓硒在BIPV市场的优势会被超越。“铜铟镓硒薄膜太阳能的柔性化、美观度,以及综合发电效率,都是其他光伏产品所无法实现的。”

例如在综合发电效率方面,曾有测试数据显示,在垂直于地面的建筑南立面安装单多晶组件和铜铟镓硒组件,相比有倾角安装,单多晶组件发电量下降了30%,但铜铟镓硒组件仅下降了15%。

同时,陈颉甚至看好铜铟镓硒未来在大型地面电站上的应用。“特别是在高温地区,铜铟镓硒组件的衰减一定比单多晶更好。例如,单多晶的温度系数为0.6%,即温度上升1度,效能相对下降0.6%,而铜铟镓硒的温度系数仅为0.15%-0.3%。”

“我们相信,通过规模化、技术提升效率、材料的利用等手段,铜铟镓硒的降本空间非常大,因此,我们制定的目标是未来四年将铜铟镓硒光伏组件的价格压缩至2.2元/瓦。”陈颉认为。

(责编:孙红丽、孔海丽)

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