它会成为光伏替代火电的“终极武器”吗?

新能源变革的背后,实质是材料的跃迁。

文|市值观察 泰罗

编辑|小市妹

作为新能源的主力军,当前光伏的商业化集中在晶硅电池,而硅的能量转化效率(PCE)是有极限的。越是从中榨取电能力,就越能感受到晶硅电池提升空间的逼仄。

除非超越硅。

光伏产业变革的十字路口,用10年时间走完晶硅电池50年发展之路的钙钛矿横空出世,其能力转化率已经突破晶硅电池极限。

光伏即将迎来再一次颠覆。

“PERC之后可能是异质结(HJT)或者TOPCon,而HJT和TOPCon之后的未来,一定是钙钛矿。”

随着钙钛矿电池转换效率不断突破极值,业内普遍将其看做引领光伏产业未来发展的“最佳人选”。

2009年,日本科学家Tsutomu Miyasaka首次用钙钛矿光伏电池发电,当时的电能转换效率仅有3.8%,仅仅在十年之后的2019年,钙钛矿电池性能便飙升至25%。用10年时间就走完了晶硅电池50年的发展之路。

2021年11月,柏林亥姆霍兹中心 (HZB)研发的钙钛矿串联电池转换效率高达29.8%,创造了至今为止钙钛矿电池最高纪录。

值得注意的是,这一记录超过目前效率最高的异质结、TOPCon等晶硅技术的效率极限,将同为薄膜电池的其它技术路线甩开几条街。

晶硅组件不同技术的理论极限分别为:

晶体硅太阳能电池理论极限效率:29.43%;

普通单晶硅电池理想条件下最高效率为24.5%;

HJT电池理想条件下最高效率为27.5%;

TOPCon电池具有更加高的效率上限:28.2%~28.7%。

可以说,在能量转换效率上,钙钛矿已经吊打晶硅电池,将光伏这一新能源上升至全新高度。

从理论极限来看,钙钛电池单层电池理论效率极值可达31%,晶硅/钙钛矿双节叠层转换效率可达35%,而三节层电池理论极限可能升值至45%以上。

而如果掺杂新型材料,钙钛矿电池的转换效率最高能达到惊人的50%,是目前晶硅电池的2倍左右。

尽管这些数据目前还仅限于实验室或者理论研究层面,但钙钛矿显然已经拥有了强劲的竞争力,它的出世为光伏产业打开了全新的想象空间。

昆山协鑫光电CEO范斌甚至认为:“钙钛矿的度电成本有望比火电还低,跟火电拉开一毛钱到一毛五的成本差异,从而实现光伏对火电的大规模替代。”

从2020年几大电力公司的度电成本来看,如果钙钛矿度电成本降低至仅有晶硅电池发电的一半,那么将明显优于火力发电,成为极具竞争力的新能源。

钙钛矿电池还有一大优势,作为一种高柔性的薄膜电池,可以使用在晶硅电池无法触达的使用场景;而且结构轻便,易于安装,更适合当前大力推广的光伏建筑一体化。

作为第三代光伏技术,资本早已瞄上了这一技术蓝海。

此前不断刷新的世界纪录都出自实验室,问题是这些电池的尺寸很小,普遍只有1cm²-1.12cm²,寿命也非常短,不具备产业化条件。

而企业在量产时,一方面要不断提升转化率,另一方面要解决尺寸和寿命的问题,钙钛矿的商业化才能更进一步。

目前,许多玩家已经下海进行产业化实践,目前国内最早实现量产的是昆山协鑫。2021年,昆山协鑫100MW钙钛矿生产线开始试生产,并且将组件面积扩大至1m×2m,光电转化效率提高至18%以上。协鑫光电目前可大规模量产的是45 cm × 65 cm的产品,转换效率为15%。

除了协鑫光电,由三峡资本投资的纤纳光电,先后7次打破了钙钛矿光电转换效率记录。当前,其位于衢州的100MW量产线也已经破土动工。并且于今年2月,开建全球首个钙钛矿地面光伏电站。其和三峡科学院联合研发的叠层电池组件转化效率达到了26.63%。

长城汽车创始人魏建军控股的极电光能,在63.98cm²的钙钛矿光伏组件上,实现了20.5%的光电转换效率,创造了全球大面积钙钛矿电池效率的最高纪录。

极电光能更看重钙钛矿在光伏建筑一体化(BIPV)上的应用。极电光能总裁于振瑞此前就表示,“BIPV是现阶段钙钛矿电池最好的产业化路径之一,我们会首先切入BIPV领域,开发钙钛矿幕墙产品。”

由于幕墙产品的特殊性,钙钛矿发挥自己的独特优势,可以避开与晶硅电池直接“拼刺刀”。幕墙产品追求外观设计,且需要透明度,这恰好是钙钛矿的优势,却是晶硅技术的短板。钙钛矿电池能够做到美观且半透明,因此BIPV极有可能成为钙钛矿商业化的前哨站。

据悉,极电光能正在建设150MV钙钛矿试制线,预计在今年可进行投产,效率将不低于18%,且该项目产品尺寸达到了1.2×0.6平米。

相比注重转化效率的纤纳光电和极电光能,万度光能更注重成本。自创立起,万度就主攻超低成本光伏器件——“印刷钙钛矿光伏”技术的开发,基于印刷技术和廉价原材料,研发出3600c㎡的钙钛矿组件,成本方面也更胜一筹。

在湖北鄂州、宜昌政府的支持下,万度光能的“野心”更大。2021年6月,其总投资高达60亿元的钙钛矿太阳能电池项目正式落地,这是迄今为止,最大的钙钛矿电池投资项目。

海外巨头中,韩国韩华集团最为积极,这家全球TOP10企业与柏林亥姆霍兹中心 (HZB)合作研发的钙钛矿/硅串联电池,创造了转化率高达29.8%的世界纪录。韩华集团已计划对此技术进行投资扩产,该技术也被列为韩国国家项目。

此外,传统晶硅电池玩家隆基股份、通威股份、东方日升等公司均对钙钛矿太阳能电池表现出浓厚兴趣,或已经在相关领域有所布局。

可以看出,钙钛矿的商业化仍处于起步阶段,但不少产业资本已经跑步入局。统计来看,今年预计有2GW的钙钛矿电池产能实现量产。

光伏技术产业化主要看三大要素——成本、效率、寿命。钙钛矿在成本和效率方面远胜于晶硅电池,但其寿命短、稳定性差、天然不稳定,导致效率衰减过快,这是钙钛矿技术产业化落地的最大掣肘。

要知道,目前的光伏电池普遍寿命在25-30年。因此,在提升产品尺寸和能量效率的同时,如何让用户相信钙钛矿电池拥有25年的寿命,将是押注钙钛矿技术的企业亟需解决的问题。

提升电池寿命,背后涉及到材料体系、电池结构、封装等等环节。当前,全球光伏界正在对钙钛矿的效率衰减和稳定性进行科技攻关,新的解决方案不断涌现,也许很快就会有最佳的解决办法。

声明:本文内容仅代表该投稿文章作者观点,不代表浑水号立场。转载请注明投稿人姓名并附上本文出处(浑水号)。 未按照规范转载者,浑水号保留追究相应责任的权利
相关阅读
2656亿:2021年光伏十大“豪横”扩产,和它们背后的超级玩家们
上游产能过剩,光伏产业链存“泡沫”?
隆基股份“光伏制氢”:这步棋还没被市场看懂
储能之战:特斯拉与宁德时代有了新对手