鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:878次 | 2021年09月23日
CIGS薄膜電池會(huì)是下一代領(lǐng)跑者嗎?
近期,漢能控股對(duì)美國(guó)CIGS薄膜組件公司MiaSolé完成并購(gòu)。據(jù)漢能董事局主席李河君說,在此次收購(gòu)?fù)瓿珊?,漢能薄膜太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量將超過3GW,一舉超越美國(guó)第一太陽(yáng)能(FirstSolar),成為全球最大的薄膜組件公司。在感嘆我國(guó)光伏公司海外并購(gòu)步伐之大的同時(shí),我們心中也不免會(huì)出現(xiàn)疑問:暫不談該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的本土化進(jìn)程,只從技術(shù)路線而言,CIGS電池能否超越晶硅電池與硅基薄膜技術(shù),成為光伏領(lǐng)域下一代的領(lǐng)跑者還有待驗(yàn)證。何為CIGS
CIGS電池是由銅(Copper),銦(Indium),鎵(Gallium),硒(Selenium)等幾種元素的化合物作為原料生產(chǎn)的薄膜化合物太陽(yáng)能電池。其制作工藝有共蒸發(fā)法和濺射后硒化法等。
CIGS電池由最初的CIS電池發(fā)展而來(lái),薄膜材料CIS是在1953年由Hahn首次合成;1974年貝爾實(shí)驗(yàn)室的Wagner等人制備出了第一塊CIS太陽(yáng)能電池;上世紀(jì)80年代,波音公司和ARCOSolar(即SiemensSolar)公司分別用共蒸發(fā)和濺射硒化法進(jìn)行了進(jìn)一步研究;之后,又將CIS的材料中摻入鎵(Ga)和硫(S)元素使之與太陽(yáng)光譜更匹配,美國(guó)再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)發(fā)明了擁有更高的光電轉(zhuǎn)換效率的CIGS電池,這就是現(xiàn)代CIGS太陽(yáng)能電池的雛形。之后又經(jīng)過不斷的技術(shù)改良與創(chuàng)新,CIGS的轉(zhuǎn)化效率不斷提高,目前量產(chǎn)的CIGS的組件轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到10%到13%左右,高于一般的硅基薄膜組件。
相較于傳統(tǒng)的晶硅組件以及硅基薄膜組件,CIGS電池具有轉(zhuǎn)換效率較高,使用壽命較長(zhǎng),單片組件生產(chǎn)成本較低,可塑性較強(qiáng),安全性較高以及生產(chǎn)過程中不要提煉高純度原料等特點(diǎn)。
首先,其轉(zhuǎn)換效率較高。CIGS電池是在薄膜太陽(yáng)能電池中具備最高轉(zhuǎn)化效率的電池之一,德國(guó)太陽(yáng)能和氫能研究中心(ZSW)采用共蒸發(fā)法曾在0.5平方厘米的CIGS電池上達(dá)到了20.3%的高轉(zhuǎn)化效率,使CIGS薄膜的效率與仍然主導(dǎo)市場(chǎng)的多晶硅太陽(yáng)能電池之間的差距縮小到了0.1%。就連一般的量產(chǎn)CIGS組件,其轉(zhuǎn)化效率也可以達(dá)到10%到12%左右,高于一般的硅基薄膜組件的5%~10%。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
其次,其使用壽命較長(zhǎng),穩(wěn)定性高。一般的硅基薄膜電池組件,在使用后的短時(shí)間內(nèi),其轉(zhuǎn)化效率就會(huì)有較大幅度的跌幅。而CIGS電池則可以有更高更穩(wěn)定的使用壽命。
第三,其低成本預(yù)期可加速實(shí)現(xiàn)。由于CIGS電池的轉(zhuǎn)化效率較高,每提高1%的轉(zhuǎn)化效率,其成本預(yù)期便會(huì)降低10%左右。而且,CIGS電池的薄膜厚度僅是硅基薄膜組件的百分之一左右,即2μm至3μm,相同面積使用的材料則更少。另外,其基板材料也是較為廉價(jià)的堿石灰玻璃。再者,對(duì)原料純度要求并非十分苛刻。這一系列原因,都預(yù)示著單片CIGS電池較低的生產(chǎn)成本。
另外,能源回收周期短。根據(jù)邁哲華咨詢(我國(guó))公司的相關(guān)數(shù)據(jù)分析,相有關(guān)其他組件,CIGS電池的EPT(EnergyPaybackTime)更短。所謂EPT,即能量回收周期,指的是在生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的過程中使用的能量,與制作完成的太陽(yáng)能電池發(fā)電出現(xiàn)的能量等同時(shí)所要的時(shí)間。EPT=生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的過程中使用的能量÷制作完成的太陽(yáng)能電池一年發(fā)電出現(xiàn)的能量。由表1可見,在能源回收利用的效率上,CIGS電池有著更大的優(yōu)勢(shì)。
但是,盡管CIGS電池相有關(guān)硅基薄膜組件有著諸多優(yōu)點(diǎn),但是其本身的局限性也是不容忽視的。例如,薄膜組件生產(chǎn)過程中共同的軟肋:前期投資成本高,設(shè)備要求高,生產(chǎn)過程復(fù)雜;以及目前CIGS電池關(guān)鍵原料的供應(yīng)并不十分充足,遠(yuǎn)不如晶硅組件原料般普及;而且,有關(guān)其生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)有害物質(zhì)的爭(zhēng)議也從來(lái)沒有停息過。這些,都是目前制約CIGS電池發(fā)展的重要因素。
CIGS技術(shù)前景如何?
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
目前全球CIGS電池的市場(chǎng)情況如何呢?2012年,受全球太陽(yáng)能發(fā)電市場(chǎng)不景氣的影響,CIGS組件的產(chǎn)量也受到了不小的沖擊,盡管目前2012年具體的數(shù)據(jù)還尚未統(tǒng)計(jì)出來(lái),但是從2011年全球前7位的組件廠商的現(xiàn)狀,便可以了解一二。(見表2)
由表2可知,目前全球CIGS電池的產(chǎn)量雖然較小,但是整體市場(chǎng)狀況和晶硅組件相同不容樂觀,盡管這其中有受全球光伏市場(chǎng)疲軟的影響因素,但是CIGS電池組件生產(chǎn)本身的高投資成本,與小眾化的市場(chǎng)等,也是導(dǎo)致其在全球市場(chǎng)中表現(xiàn)不佳的癥結(jié)所在。
那究竟為何在全球CIGS電池市場(chǎng)當(dāng)下并不景氣的情況下,漢能依舊出巨資收購(gòu)MiaSolé等CIGS電池公司呢?筆者認(rèn)為,首先是因?yàn)镸iaSolé光伏組件具有較高的轉(zhuǎn)化效率技術(shù),據(jù)漢能董事局主席李河君說,該技術(shù)的量產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率達(dá)15.5%,并且該技術(shù)預(yù)期兩年內(nèi)也能有較大的提升空間,漢能收購(gòu)MiaSolé預(yù)示著對(duì)其技術(shù)能力的肯定與高預(yù)期;其次,由于美國(guó)市場(chǎng)對(duì)我國(guó)組件公司的雙反等成為了我國(guó)組件廠商進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)的最大阻礙之一,漢能此番收購(gòu)美國(guó)本土公司,可以較好地越過貿(mào)易壁壘,為今后在美國(guó)市場(chǎng)的發(fā)展打下基礎(chǔ);再者,由于現(xiàn)在CIGS電池整體行業(yè)的不景氣,對(duì)其廠商的收購(gòu)價(jià)格也較為低廉,所以漢能選在現(xiàn)在完成對(duì)MiaSolé的收購(gòu),也是較為合適的時(shí)機(jī)。
除漢能外,國(guó)際上如三井物產(chǎn)等諸多大型跨國(guó)公司,早已在2011年光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入寒冬之前,便將下一代的光伏技術(shù)如CdTe(碲化鎘)電池以及CIGS電池等化合物薄膜電池作為晶硅組件的下一代潛在替代品,進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略布局。目前相較于這些傳統(tǒng)的跨國(guó)公司,我國(guó)公司在CIGS電池行業(yè)上的產(chǎn)業(yè)步伐其實(shí)也毫不落后。
那么,CIGS電池未來(lái)的市場(chǎng)前景又將如何呢?根據(jù)邁哲華咨詢(我國(guó))公司的分析預(yù)測(cè),到2016年,全球CIGS電池的產(chǎn)量,將達(dá)到4GW,市場(chǎng)規(guī)模也將達(dá)到200億元人民幣左右,成為超越硅基薄膜組件、持平CdTe薄膜電池組件的全球最大規(guī)模薄膜組件產(chǎn)業(yè)之一。但是短時(shí)間之內(nèi),CIGS電池組件想要成為替代晶硅組件的國(guó)際主流太陽(yáng)能電池組件,形成龐大的產(chǎn)業(yè)鏈與供需關(guān)系,就目前看來(lái)可能性還是很小。
那么,我國(guó)CIGS電池產(chǎn)業(yè)在今后將如何發(fā)展,才能在全球的CIGS電池市場(chǎng)中占據(jù)有利地形呢?筆者認(rèn)為,我國(guó)CIGS電池產(chǎn)業(yè)要獲得快速可持續(xù)的發(fā)展,有賴于幾方面內(nèi)外部條件:首先,公司自身的運(yùn)作,應(yīng)防止重蹈晶硅組件過于重視產(chǎn)量的覆轍,重技術(shù)而輕產(chǎn)量努力降低公司前期的設(shè)備投入成本,將整體交鑰匙產(chǎn)線拆分拆細(xì),擁有自己的高效率產(chǎn)線,以降低對(duì)海外設(shè)備的依存度,使前期設(shè)備技術(shù)投入成本成為阻礙CIGS電池產(chǎn)業(yè)的非重要因素,并且不斷積極開發(fā)新技術(shù),致力于發(fā)展提高轉(zhuǎn)化效率,降低組件材料成本等核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);其次,我國(guó)CIGS電池公司對(duì)外應(yīng)不斷積極拓寬國(guó)內(nèi)以及海外市場(chǎng),以形成一批和目前國(guó)內(nèi)晶硅組件同樣具備國(guó)際化品牌競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的龍頭公司;再次,國(guó)家對(duì)CIGS電池國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的扶植也是不可或缺的,我國(guó)可以將對(duì)CIGS電池產(chǎn)業(yè)的促進(jìn),作為一項(xiàng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的戰(zhàn)略規(guī)劃來(lái)部署,視市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r逐漸完善強(qiáng)化CIGS電池的產(chǎn)業(yè)鏈,以期在下一代的光伏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中,使我國(guó)公司占據(jù)有利地勢(shì)。以同為化合物薄膜電池的CdTe電池為例,筆者曾在2011年拜訪過一家國(guó)內(nèi)較早涉及CdTe電池行業(yè)的公司之一,上方能源。該公司表示,為了扶植新興太陽(yáng)能電池發(fā)展,紹興市政府與其共同出資15億元人民幣,在紹興投資了產(chǎn)量達(dá)500MW的CdTe電池生產(chǎn)線。筆者認(rèn)為,紹興市政府對(duì)CdTe電池產(chǎn)業(yè)的扶植,對(duì)同樣是新興技術(shù)的CIGS電池在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的發(fā)展十分具有可供參考的借鑒意義。
盡管到目前為止,CIGS電池在不遠(yuǎn)的將來(lái)能否成為晶硅組件的革命性替代產(chǎn)品還是未知數(shù),但是對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的鼓勵(lì)與支持,是社會(huì)與科技進(jìn)步與發(fā)展的原動(dòng)力,是各國(guó)都應(yīng)當(dāng)認(rèn)真對(duì)待的重要課題之一。
就在漢能對(duì)美國(guó)CIGS薄膜組件公司MiaSolé完成并購(gòu)的當(dāng)天,日本CIGS電池廠商SolarFrontier宣布,日前通過濺射和硒化工藝,刷新了無(wú)鎘CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄,使其實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了19.7%。由此看來(lái),我國(guó)CIGS光伏公司現(xiàn)在還遠(yuǎn)不到志得意滿的時(shí)候,在國(guó)際光伏行業(yè)的舞臺(tái)上,唯有不斷技術(shù)創(chuàng)新,才能使自己屹立于行業(yè)潮頭。
(作者系邁哲華咨詢公司太陽(yáng)能高級(jí)分析師)