电池组件

碲化镉:窥视晶硅光伏的黑衣骑士

2020-01-16 08:37:15 光伏荟 作者:张丽广

毫无疑问,我们所熟悉的光伏产业,晶硅光伏产品占据了绝对的市场份额。而近几年碲化镉光伏产品在BIPV(光电建筑一体化)领域却大放异彩,在分布式光伏电站投资领域也时露峥嵘,让很多人对碲化镉光电产品投入了更多关注。本文将带您以专业的视角了解碲化镉光电的产业格局。

(来源:微信公众号“光伏荟”ID:pv-salon 作者:张丽广)

01.碲化镉的江湖

First Solar:领头羊

First Solar在碲化镉光伏领域是全球公认的老大,无论是出货量还是产品技术。其最新的Series 6组件量产效率到达18%,这是全球碲化镉光伏组件的最高量产效率水平,与目前主流的晶硅光伏组件效率几乎持平。基于Series 6组件0.20美元/瓦的制造成本,其2019年出货量将达5.4GW至5.6GW,比2018年的2.6至2.7GW增长一倍以上。公司到2020年的订单基本上已经售罄,2021年的订单也很可观。正处于全球大规模扩张之中的First Solar,其目标是到2020年底产能超过7.6 GW,相比2019年产能增长27%。

在2019年三季度PV ModuleTech可融资性评级报告中,仅有四家光伏组件供应商被评为AA级:晶科能源、First Solar、隆基乐叶和阿特斯。First Solar是唯一一家碲化镉光伏组件制造商,其他三家均为晶硅光伏组件制造商。而First Solar也长年盘踞在美股光伏概念股的龙头位置,最新市值为63.22亿美元(449.2亿人民币)。由此可见,First Solar已经拥有与晶硅技术路线抗衡的能力。(☞☞First Solar为何放弃EPC业务?)龙焱科技:BIPV专家

由国际光伏专家吴选之教授等人创建的龙焱能源科技(杭州)有限公司成立于2008年5月,于2011年投产国内第一条拥有完全自主知识产权的全自动碲化镉组件生产线,并于2013年通过欧洲TUV、美国UL、中国CQC产品认证。2017年-2018年,龙焱先后引入浙能创投和深圳致远两家省级国资背景股东。值得注意的是,目前龙焱的产能虽然只有120MW,但其光伏制造设备却全部实现了国产化,原材料也全部来自国内。这不仅大大降低了碲化镉组件制造成本,更在核心设备和原材料上不容易被国外“卡脖子”。

2019年1月,龙焱与其股东浙江省能源集团合资成立浙江浙能龙焱,规划了400MW的大尺寸碲化镉组件产能,目前正在推进;山西合资公司山西阳泰龙焱最新产线预计2019年年底开始试生产。此外,龙焱与深圳赛格的杭州碲化镉光伏生产线已于2018年12月底试生产,目前已稳定量产,新产线融合了龙焱的最新一代技术,产品平均效率超过14%,效率还在持续提升中。

龙焱深耕碲化镉光伏技术十多年,已成为国内领先的BIPV解决方案专家,世界园艺博览会中国馆和大同未来能源馆就是其漂亮的代表作。另一方面其还与瑞典上市公司SolTech Energy 合资成立了一个光伏电站投资企业——龙瑞新能源工程(杭州)有限公司,该公司在欧洲发行第一支获得Nasdaq许可在市场上自由交易的绿色债券,利用境外资金,计划在未来5年内在中国投建600MW以上的光伏电站。区别于First Solar投建大型地面电站模式,龙焱只专注于屋顶分布式光伏电站的投资建设。当然,这些电站肯定采用龙焱生产的碲化镉组件,为新增组件产能的利用率提供基础保障。

成都中建材:家里有矿

成都中建材光电材料有限公司成立于2009年,其前身为民营企业成都中光电阿波罗太阳能有限公司,2010年后央企中建材集团旗下的蚌埠玻璃工业设计研究院成为其控股股东。2011年10月11日,中建材国际工程公司收购了德国CTF Solar公司。CTF Solar专门从事碲化镉生产线研发,拥有碲化镉薄膜太阳能电池生产线核心技术和相关专利技术。据成都中建材官网显示,其已建成了产能为100兆瓦的世界第一条大面积碲化镉光伏组件生产线,大面积组件(1.6mx1.2m)转化效率在12-13.5%之间。

值得注意的是,成都中建材除了生产碲化镉组件,还有铜铟硫、铜铟镓硒、非晶硅等类型薄膜组件,但转换效率均低于10%。与其他碲化镉厂商不同的是,成都中建材的另一个重点业务是销售碲化镉、硫化镉、氧化锌等高纯粉末材料。据天眼查显示,成都中建材的第二大股东四川阿波罗太阳能科技有限责任公司100%控股四川鑫龙碲业科技开发有限公司,鑫龙碲业正是一个碲矿资源开采加工企业。

中山瑞科:后起之秀

中山瑞科新能源有限公司成立于2015年,与龙焱和成都中建材相比,属于后起之秀。瑞科的控股股东为中国排名第三的风机制造商-明阳智能,其创始人为毕业于斯坦福大学的齐鹏飞博士,曾任美国施乐帕罗奥多研究中心资深研究科学家,是碲化镉电池技术的国际顶尖人才。瑞科新能源已于2018年初投运了国内首条世界先进的新一代CdTe薄膜电池组件自动化生产线。据光伏荟(微信号:pv-salon)了解,瑞科新能源的碲化镉组件量产效率接近16%,实验室效率超过20%,而且效率还在持续提升中。瑞科目前在BIPV 产品创新上也走到了行业前列,适用于建筑标准的透光,彩色,镀釉,光伏LED产品已经全面推向市场。

瑞科官网显示,其光伏研发中心位于美国硅谷,毗邻全球领先光伏巨头,具有丰富的资源优势。瑞科已研制出拥有自主知识产权的核心真空镀膜设备,其中GVD、PVD-M设备为国内首创,填补了我国在该领域的空白。瑞科新能源将借助明阳智能集团现有的风、光、储、网等产业资源,实现融资、开发、运营和交易的产融结合模式创新。

据瑞科新能源市场总监蹇芳先生介绍,制约碲化镉光伏产业发展的最大的瓶颈还是技术本身,在效率接近或达到晶硅水平的情况下,更大的产业规模可以迅速拉低产品成本。相对晶硅行业,目前国内碲化镉厂商产线规模偏小,对先进技术和制造设备的投入能力有限,无法像First Solar一样形成规模优势。“目前First Solar碲化镉组件的技术领先,成本也领先,瑞科正在规划建设超大尺寸碲化镉组件生产线,效率将达到18%以上,成本将比First Solar更低,在GW级以内的产能就有希望降到1元/w以下,这将使碲化镉具备与晶硅光伏产品在平价上网时代正面竞争的优势!”蹇芳说到。

02.碲化镉到底环不环保?

据某碲化镉领域专家介绍,碲化镉组件由双玻璃封装,在全球主流国家的环境安全测试都没有问题,否则也不会实现商业化量产,具体理由如下:

➤碲化镉(CdTe)跟镉(Cd)不同,碲化镉在化学上非常稳定;

➤碲化镉不溶于水,即便碲化镉组件破碎,也不会造成水污染;

➤镉是锌的伴生矿,对镉的有效利用,降低了采矿过程中的污染;

➤燃煤发电排出镉和汞,远超过碲化镉组件里镉的含量;

➤独立第三方的分析认为碲化镉组件里的镉和晶硅组件里的铅对环境的影响相当;

➤在酸性条件下,铅的溶解率远高于碲化镉;

➤所有碲化镉制造商都有组件再利用项目,有完整的全生命周期闭环管理。

03.碲化镉电池的优点

碲化镉光伏组件是在玻璃或柔性衬底上依次沉积多层薄膜而形成的光伏器件,其具有以下性能特点:

1.弱光性能好:CdTe是直接间隙材料,对全光谱吸收都较好,所以在清晨、傍晚、积雪、积灰、雾霾等弱光条件发光效果明显优于间接带隙材料的晶硅电池。在较低辐照度下,碲化镉比晶硅早发电1个多小时,说明碲化镉在弱光下有更高的电压(逆变器启动需要有一定的启动电压)。

2.温度系数低:碲化镉薄膜太阳能电池组件的温度系数约为-0.21%/℃,比晶体硅太阳能电池低一半左右,所以,其发电量比标称功率相同的晶硅电池多,也更适合于高温环境。当组件工作温度在75℃时,发电能力比晶硅电池高出15%。中山大学太阳能系统研究所将不同类型光伏组件经过5个月的发电性能进行对比实验,得出结论:

在广州地区同功率的不同类型光伏组件中,碲化镉综合发电能力最强。

3.热斑效应小:热斑效应会直接影响电站的发电能力,而且还会影响电站运行的安全性。在部分遮阴的状况下,碲化镉电池的垂直划线设计可将电力损失降到最低;而晶硅组件在长期的鸟粪,树叶,杆身,树木等阴影遮挡下,易导致热斑效应,局部温度过高,烧坏组件,极易产生火灾。

4.长期衰减低:从25年的组件效率衰退情况来看:目前晶硅太阳能电池效率衰减20%,而碲化镉光伏组件的转化效率衰减经美国可再生能源实验室研究,其25年线性衰减率约12.5%;这就意味着同样功率的组件,碲化镉比晶硅在电站生命周期内有更多的发电量。

20多年的NREL衰减研究 较低的长期衰减率(无大落差事件)

5.碳足迹最小:在众多的太阳能技术中,碲化镉系统的碳足迹最小且生产过程中消耗掉的能源回收期最短。同样是1KWp的发电功率,晶硅电池生产的能量回收周期约1.19年,而CdTe电池组件的具备最短的能量回收周期,回收周期不超过0.8年。

6.可灵活定制:相比传统晶硅光伏电池,碲化镉光伏玻璃可以充当高端的建筑材料。碲化镉光伏玻璃在建筑上属夹胶类安全玻璃范畴,可制成各种透光率、各种颜色,美观度更高。而且碲化镉发电玻璃对倾角依赖性不大,受遮挡影响较小,在光电建筑中综合发电量高出晶硅产品10%以上。

04.碲化镉能否挑战晶硅?

碲化镉光伏产品在BIPV领域已经表现出相对于晶硅光伏的巨大优势。对于建筑设计师来说,碲化镉首先是一种“可编辑性”较强的玻璃建材,然后才是各种发电性能优势,这两种BIPV优势都是晶硅光伏所欠缺的。但在光伏电站投资领域,晶硅光伏一直占据绝对的主导地位,在全球范围内仅有First Solar能与晶硅巨头正面抗衡。一方面是因为晶硅庞大的产业链形成的规模优势,另一方面也是一种认知惯性:同样功率的光伏组件,碲化镉长期的发电量虽然比晶硅组件更高,但晶硅组件的初始投资成本看起来更低,至于长期的LCOE(平准化度电成本)对比,也没有太多人去研究,因为国内的投资型碲化镉电站案例确实有点少。

如果国内的碲化镉制造厂商想像First Solar一样与晶硅阵营在投资型光伏电站市场正面竞争,除了自己投资电站“内销”组件之外,产品效率的提升和制造成本的降低是最关键的着力点。从目前国内碲化镉光伏产业的发展来看,离这一天已经不太遥远。

国内碲化镉光伏制造商的三个代表,谁能复制first solar成功之路?让我们拭目以待!

北极星太阳能光伏网官方微信

相关推荐

加载中...