晶硅光伏的碲化鎘

在科技的發(fā)展道路上，離不開能源的助力，特別是再科技飛速發(fā)展的今天，而地球上的能源有限，就需要科研人員不斷開發(fā)新能源，這就再當(dāng)下最需要研發(fā)太陽能的使用。毫無疑問，我們所熟悉的光伏產(chǎn)業(yè)，晶硅光伏產(chǎn)品占據(jù)了絕對的市場份額。而近幾年碲化鎘光伏產(chǎn)品在BIPV(光電建筑一體化)領(lǐng)域卻大放異彩，在分布式光伏電站投資領(lǐng)域也時露崢嶸，讓很多人對碲化鎘光電產(chǎn)品投入了更多關(guān)注。本文將帶您以專業(yè)的視角了解碲化鎘光電的產(chǎn)業(yè)格局。

01.碲化鎘的江湖

First Solar：領(lǐng)頭羊

First Solar在碲化鎘光伏領(lǐng)域是全球公認的老大，無論是出貨量還是產(chǎn)品技術(shù)。其最新的Series 6組件量產(chǎn)效率到達18%，這是全球碲化鎘光伏組件的最高量產(chǎn)效率水平，與目前主流的晶硅光伏組件效率幾乎持平。基于Series 6組件0.20美元/瓦的制造成本，其2019年出貨量將達5.4GW至5.6GW，比2018年的2.6至2.7GW增長一倍以上。公司到2020年的訂單基本上已經(jīng)售罄，2021年的訂單也很可觀。正處于全球大規(guī)模擴張之中的First Solar，其目標(biāo)是到2020年底產(chǎn)能超過7.6 GW，相比2019年產(chǎn)能增長27%。

在2019年三季度PV ModuleTech可融資性評級報告中，僅有四家光伏組件供應(yīng)商被評為AA級：晶科能源、First Solar、隆基樂葉和阿特斯。First Solar是唯一一家碲化鎘光伏組件制造商，其他三家均為晶硅光伏組件制造商。而First Solar也長年盤踞在美股光伏概念股的龍頭位置，最新市值為63.22億美元(449.2億人民幣)。由此可見，F(xiàn)irst Solar已經(jīng)擁有與晶硅技術(shù)路線抗衡的能力。(☞☞First Solar為何放棄EPC業(yè)務(wù)?)龍焱科技：BIPV專家

由國際光伏專家吳選之教授等人創(chuàng)建的龍焱能源科技(杭州)有限公司成立于2008年5月，于2011年投產(chǎn)國內(nèi)第一條擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全自動碲化鎘組件生產(chǎn)線，并于2013年通過歐洲TUV、美國UL、中國CQC產(chǎn)品認證。2017年-2018年，龍焱先后引入浙能創(chuàng)投和深圳致遠兩家省級國資背景股東。值得注意的是，目前龍焱的產(chǎn)能雖然只有120MW，但其光伏制造設(shè)備卻全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，原材料也全部來自國內(nèi)。這不僅大大降低了碲化鎘組件制造成本，更在核心設(shè)備和原材料上不容易被國外“卡脖子”。

2019年1月，龍焱與其股東浙江省能源集團合資成立浙江浙能龍焱，規(guī)劃了400MW的大尺寸碲化鎘組件產(chǎn)能，目前正在推進;山西合資公司山西陽泰龍焱最新產(chǎn)線預(yù)計2019年年底開始試生產(chǎn)。此外，龍焱與深圳賽格的杭州碲化鎘光伏生產(chǎn)線已于2018年12月底試生產(chǎn)，目前已穩(wěn)定量產(chǎn)，新產(chǎn)線融合了龍焱的最新一代技術(shù)，產(chǎn)品平均效率超過14%，效率還在持續(xù)提升中。

龍焱深耕碲化鎘光伏技術(shù)十多年，已成為國內(nèi)領(lǐng)先的BIPV解決方案專家，世界園藝博覽會中國館和大同未來能源館就是其漂亮的代表作。另一方面其還與瑞典上市公司SolTech Energy 合資成立了一個光伏電站投資企業(yè)——龍瑞新能源工程(杭州)有限公司，該公司在歐洲發(fā)行第一支獲得Nasdaq許可在市場上自由交易的綠色債券，利用境外資金，計劃在未來5年內(nèi)在中國投建600MW以上的光伏電站。區(qū)別于First Solar投建大型地面電站模式，龍焱只專注于屋頂分布式光伏電站的投資建設(shè)。當(dāng)然，這些電站肯定采用龍焱生產(chǎn)的碲化鎘組件，為新增組件產(chǎn)能的利用率提供基礎(chǔ)保障。

成都中建材：家里有礦

成都中建材光電材料有限公司成立于2009年，其前身為民營企業(yè)成都中光電阿波羅太陽能有限公司，2010年后央企中建材集團旗下的蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計研究院成為其控股股東。2011年10月11日，中建材國際工程公司收購了德國CTF Solar公司。CTF Solar專門從事碲化鎘生產(chǎn)線研發(fā)，擁有碲化鎘薄膜太陽能電池生產(chǎn)線核心技術(shù)和相關(guān)專利技術(shù)。據(jù)成都中建材官網(wǎng)顯示，其已建成了產(chǎn)能為100兆瓦的世界第一條大面積碲化鎘光伏組件生產(chǎn)線，大面積組件(1.6mx1.2m)轉(zhuǎn)化效率在12-13.5%之間。

值得注意的是，成都中建材除了生產(chǎn)碲化鎘組件，還有銅銦硫、銅銦鎵硒、非晶硅等類型薄膜組件，但轉(zhuǎn)換效率均低于10%。與其他碲化鎘廠商不同的是，成都中建材的另一個重點業(yè)務(wù)是銷售碲化鎘、硫化鎘、氧化鋅等高純粉末材料。據(jù)天眼查顯示，成都中建材的第二大股東四川阿波羅太陽能科技有限責(zé)任公司100%控股四川鑫龍碲業(yè)科技開發(fā)有限公司，鑫龍碲業(yè)正是一個碲礦資源開采加工企業(yè)。

中山瑞科：后起之秀

中山瑞科新能源有限公司成立于2015年，與龍焱和成都中建材相比，屬于后起之秀。瑞科的控股股東為中國排名第三的風(fēng)機制造商-明陽智能，其創(chuàng)始人為畢業(yè)于斯坦福大學(xué)的齊鵬飛博士，曾任美國施樂帕羅奧多研究中心資深研究科學(xué)家，是碲化鎘電池技術(shù)的國際頂尖人才。瑞科新能源已于2018年初投運了國內(nèi)首條世界先進的新一代CdTe薄膜電池組件自動化生產(chǎn)線。據(jù)光伏薈(微信號：pv-salon)了解，瑞科新能源的碲化鎘組件量產(chǎn)效率接近16%，實驗室效率超過20%，而且效率還在持續(xù)提升中。瑞科目前在BIPV 產(chǎn)品創(chuàng)新上也走到了行業(yè)前列，適用于建筑標(biāo)準(zhǔn)的透光，彩色，鍍釉，光伏LED產(chǎn)品已經(jīng)全面推向市場。

瑞科官網(wǎng)顯示，其光伏研發(fā)中心位于美國硅谷，毗鄰全球領(lǐng)先光伏巨頭，具有豐富的資源優(yōu)勢。瑞科已研制出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心真空鍍膜設(shè)備，其中GVD、PVD-M設(shè)備為國內(nèi)首創(chuàng)，填補了我國在該領(lǐng)域的空白。瑞科新能源將借助明陽智能集團現(xiàn)有的風(fēng)、光、儲、網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)資源，實現(xiàn)融資、開發(fā)、運營和交易的產(chǎn)融結(jié)合模式創(chuàng)新。

據(jù)瑞科新能源市場總監(jiān)蹇芳先生介紹，制約碲化鎘光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大的瓶頸還是技術(shù)本身，在效率接近或達到晶硅水平的情況下，更大的產(chǎn)業(yè)規(guī)?？梢匝杆倮彤a(chǎn)品成本。相對晶硅行業(yè)，目前國內(nèi)碲化鎘廠商產(chǎn)線規(guī)模偏小，對先進技術(shù)和制造設(shè)備的投入能力有限，無法像First Solar一樣形成規(guī)模優(yōu)勢。“目前First Solar碲化鎘組件的技術(shù)領(lǐng)先，成本也領(lǐng)先，瑞科正在規(guī)劃建設(shè)超大尺寸碲化鎘組件生產(chǎn)線，效率將達到18%以上，成本將比First Solar更低，在GW級以內(nèi)的產(chǎn)能就有希望降到1元/w以下，這將使碲化鎘具備與晶硅光伏產(chǎn)品在平價上網(wǎng)時代正面競爭的優(yōu)勢!”蹇芳說到。

02.碲化鎘到底環(huán)不環(huán)保?

據(jù)某碲化鎘領(lǐng)域?qū)＜医榻B，碲化鎘組件由雙玻璃封裝，在全球主流國家的環(huán)境安全測試都沒有問題，否則也不會實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)，具體理由如下：

➤碲化鎘(CdTe)跟鎘(Cd)不同，碲化鎘在化學(xué)上非常穩(wěn)定;

➤碲化鎘不溶于水，即便碲化鎘組件破碎，也不會造成水污染;

➤鎘是鋅的伴生礦，對鎘的有效利用，降低了采礦過程中的污染;

➤燃煤發(fā)電排出鎘和汞，遠超過碲化鎘組件里鎘的含量;

➤獨立第三方的分析認為碲化鎘組件里的鎘和晶硅組件里的鉛對環(huán)境的影響相當(dāng);

➤在酸性條件下，鉛的溶解率遠高于碲化鎘;

➤所有碲化鎘制造商都有組件再利用項目，有完整的全生命周期閉環(huán)管理。

03.碲化鎘電池的優(yōu)點

碲化鎘光伏組件是在玻璃或柔性襯底上依次沉積多層薄膜而形成的光伏器件，其具有以下性能特點：

1.弱光性能好：CdTe是直接間隙材料，對全光譜吸收都較好，所以在清晨、傍晚、積雪、積灰、霧霾等弱光條件發(fā)光效果明顯優(yōu)于間接帶隙材料的晶硅電池。在較低輻照度下，碲化鎘比晶硅早發(fā)電1個多小時，說明碲化鎘在弱光下有更高的電壓(逆變器啟動需要有一定的啟動電壓)。

2.溫度系數(shù)低：碲化鎘薄膜太陽能電池組件的溫度系數(shù)約為-0.21%/℃，比晶體硅太陽能電池低一半左右，所以，其發(fā)電量比標(biāo)稱功率相同的晶硅電池多，也更適合于高溫環(huán)境。當(dāng)組件工作溫度在75℃時，發(fā)電能力比晶硅電池高出15%。中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所將不同類型光伏組件經(jīng)過5個月的發(fā)電性能進行對比實驗，得出結(jié)論：

在廣州地區(qū)同功率的不同類型光伏組件中，碲化鎘綜合發(fā)電能力最強。

3.熱斑效應(yīng)?。簾岚咝?yīng)會直接影響電站的發(fā)電能力，而且還會影響電站運行的安全性。在部分遮陰的狀況下，碲化鎘電池的垂直劃線設(shè)計可將電力損失降到最低;而晶硅組件在長期的鳥糞，樹葉，桿身，樹木等陰影遮擋下，易導(dǎo)致熱斑效應(yīng)，局部溫度過高，燒壞組件，極易產(chǎn)生火災(zāi)。

4.長期衰減低：從25年的組件效率衰退情況來看：目前晶硅太陽能電池效率衰減20%，而碲化鎘光伏組件的轉(zhuǎn)化效率衰減經(jīng)美國可再生能源實驗室研究，其25年線性衰減率約12.5%;這就意味著同樣功率的組件，碲化鎘比晶硅在電站生命周期內(nèi)有更多的發(fā)電量。

20多年的NREL衰減研究 較低的長期衰減率(無大落差事件)

5.碳足跡最?。涸诒姸嗟奶柲芗夹g(shù)中，碲化鎘系統(tǒng)的碳足跡最小且生產(chǎn)過程中消耗掉的能源回收期最短。同樣是1KWp的發(fā)電功率，晶硅電池生產(chǎn)的能量回收周期約1.19年，而CdTe電池組件的具備最短的能量回收周期，回收周期不超過0.8年。

6.可靈活定制：相比傳統(tǒng)晶硅光伏電池，碲化鎘光伏玻璃可以充當(dāng)高端的建筑材料。碲化鎘光伏玻璃在建筑上屬夾膠類安全玻璃范疇，可制成各種透光率、各種顏色，美觀度更高。而且碲化鎘發(fā)電玻璃對傾角依賴性不大，受遮擋影響較小，在光電建筑中綜合發(fā)電量高出晶硅產(chǎn)品10%以上。

04.碲化鎘能否挑戰(zhàn)晶硅?

碲化鎘光伏產(chǎn)品在BIPV領(lǐng)域已經(jīng)表現(xiàn)出相對于晶硅光伏的巨大優(yōu)勢。對于建筑設(shè)計師來說，碲化鎘首先是一種“可編輯性”較強的玻璃建材，然后才是各種發(fā)電性能優(yōu)勢，這兩種BIPV優(yōu)勢都是晶硅光伏所欠缺的。但在光伏電站投資領(lǐng)域，晶硅光伏一直占據(jù)絕對的主導(dǎo)地位，在全球范圍內(nèi)僅有First Solar能與晶硅巨頭正面抗衡。一方面是因為晶硅龐大的產(chǎn)業(yè)鏈形成的規(guī)模優(yōu)勢，另一方面也是一種認知慣性：同樣功率的光伏組件，碲化鎘長期的發(fā)電量雖然比晶硅組件更高，但晶硅組件的初始投資成本看起來更低，至于長期的LCOE(平準(zhǔn)化度電成本)對比，也沒有太多人去研究，因為國內(nèi)的投資型碲化鎘電站案例確實有點少。

如果國內(nèi)的碲化鎘制造廠商想像First Solar一樣與晶硅陣營在投資型光伏電站市場正面競爭，除了自己投資電站“內(nèi)銷”組件之外，產(chǎn)品效率的提升和制造成本的降低是最關(guān)鍵的著力點。從目前國內(nèi)碲化鎘光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來看，離這一天已經(jīng)不太遙遠。如果某一天人們能高效利用太陽能，相信能解決很大的能源問題，畢竟太陽能是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的，能保證人類的永續(xù)發(fā)展，需要我們科研人員更加努力。