建筑物也能成為發(fā)電站,神奇的轉(zhuǎn)換得益于“碲化鎘發(fā)電玻璃”的應(yīng)用,這一新型建筑材料兼具藝術(shù)性與實(shí)用性,實(shí)現(xiàn)了科技與綠色的完美融合。
在2022年北京冬奧會(huì)項(xiàng)目建設(shè)中,中國(guó)工程院院士、中國(guó)建材集團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱中建材)總工程師彭壽帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的碲化鎘(CdTe)發(fā)電玻璃,分別應(yīng)用于國(guó)家速滑館和張家口冬奧會(huì)場(chǎng)館BIPV建筑一體化項(xiàng)目,以及赤城奧運(yùn)走廊項(xiàng)目中。
制造成本低、弱光也能發(fā)電,冬奧項(xiàng)目的應(yīng)用吸引了外界對(duì)碲化鎘玻璃技術(shù)的關(guān)注。實(shí)際上,這一技術(shù)的市場(chǎng)前景備受認(rèn)可,是近年來(lái)“跨界”研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。我國(guó)企業(yè)“十年磨一劍”終于自主研發(fā)成功,突破了國(guó)外企業(yè)的壟斷。當(dāng)前,碲化鎘發(fā)電玻璃的市場(chǎng)拓展尚處于早期,我國(guó)主要有三家具備量產(chǎn)能力的企業(yè),均在加大產(chǎn)能擴(kuò)張的階段。
打破壟斷,中國(guó)企業(yè)自主研發(fā)碲化鎘薄膜弱光發(fā)電玻璃
碲化鎘發(fā)電玻璃將太陽(yáng)能發(fā)電與與大面積的玻璃立面、門窗相結(jié)合,被譽(yù)為“掛在墻上的油田”。
作為新能源、新材料領(lǐng)域的科技創(chuàng)新成果,中建材旗下企業(yè)研制的大面積碲化鎘發(fā)電玻璃與中國(guó)空間站、C919國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)、“九章”量子計(jì)算機(jī)、“奮斗者”號(hào)全深海載人潛水器等,于去年10月一起亮相國(guó)家“十三五”科技創(chuàng)新成果展。
相關(guān)研發(fā)項(xiàng)目啟動(dòng)于十余年前,技術(shù)的突破是在2017年,國(guó)資委官網(wǎng)當(dāng)年9月披露,中建材旗下成都中建材光電材料有限公司(以下簡(jiǎn)稱成都中建材)生產(chǎn)的世界第一塊大面積碲化鎘薄膜弱光發(fā)電玻璃(注:常簡(jiǎn)稱為碲化鎘發(fā)電玻璃)在四川成都成功下線,標(biāo)志著中國(guó)首條具有國(guó)際先進(jìn)水平的年產(chǎn)80兆瓦碲化鎘薄膜弱光發(fā)電玻璃工業(yè)4.0示范生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。
玻璃如何實(shí)現(xiàn)發(fā)電?人民日?qǐng)?bào)社旗下中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊官網(wǎng)2018年1月有過形象的報(bào)道:通過在絕緣的半導(dǎo)體玻璃上,均勻涂抹僅4微米厚、相當(dāng)于頭發(fā)絲的百分之一的碲化鎘光電薄膜,就能讓“玻璃”實(shí)現(xiàn)“變身”,成為可發(fā)電的建筑材料。
彭壽接受新華網(wǎng)采訪時(shí)指出,碲化鎘發(fā)電玻璃還具有弱光性能好、抗衰減等特點(diǎn),早晚都可以發(fā)電,即便在弱光條件下也可通過光電轉(zhuǎn)化產(chǎn)生電能,原本的磚頭、幕墻等耗能材料被碲化鎘發(fā)電玻璃這種綠色可回收可發(fā)電的多功能建筑材料替代,加上儲(chǔ)能后,建筑物就成了一個(gè)發(fā)電站。
在應(yīng)用至冬奧場(chǎng)館之前,中建材的碲化鎘發(fā)電玻璃已在國(guó)內(nèi)有不少示范案例。成都中建材官網(wǎng)列示了二十余個(gè)示范項(xiàng)目,遍布國(guó)內(nèi)多地,包括南京大數(shù)據(jù)中心、麗江水泥廠外立面改造項(xiàng)目、山西省政府大樓改造項(xiàng)目、成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)T2航站樓屋頂及幕墻等。
國(guó)資委官網(wǎng)文章稱,碲化鎘發(fā)電玻璃技術(shù)的突破,標(biāo)志著中國(guó)建材不僅掌握了全球領(lǐng)先的大面積碲化鎘發(fā)電玻璃自主核心技術(shù),而且也打破了國(guó)外巨頭的壟斷。
國(guó)家級(jí)行業(yè)期刊《玻璃》2021年第7期刊載的論文《國(guó)內(nèi)外碲化鎘發(fā)電玻璃產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析》(以下簡(jiǎn)稱論文)介紹,由于技術(shù)和資金壁壘極高,目前全球能夠量產(chǎn)碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的企業(yè)屈指可數(shù),行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局十分清晰,目前全球能夠大規(guī)模量產(chǎn)碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的國(guó)外企業(yè)僅有美國(guó)First Solar(第一太陽(yáng)能)一家,能夠穩(wěn)定量產(chǎn)的有美國(guó)Toledo Solar和德國(guó)Calyxo兩家。
產(chǎn)業(yè)化起步,新型建筑材料有望走入千家萬(wàn)戶
建筑光伏一體化(BIPV)是國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)、高校以及企業(yè)研究與產(chǎn)品開發(fā)的熱點(diǎn),其中,碲化鎘發(fā)電玻璃最具競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展?jié)摿Α?br />
前述中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊官網(wǎng)報(bào)道做過計(jì)算,中國(guó)目前共有400億平方米建筑,如果用碲化鎘發(fā)電玻璃改造其中的10%,那就相當(dāng)于建設(shè)3個(gè)三峽水電站。而且,碲化鎘發(fā)電玻璃設(shè)計(jì)壽命高達(dá)30年,預(yù)計(jì)6年內(nèi)就能完全收回成本。
成都中建材官網(wǎng)介紹,于2018年投產(chǎn)世界第一條大面積(1.92平方米)碲化鎘發(fā)電玻璃生產(chǎn)線,產(chǎn)品當(dāng)年批量供應(yīng)市場(chǎng)并實(shí)現(xiàn)盈利,目前已實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率20.24%,生產(chǎn)線轉(zhuǎn)化效率15.8%。
“碲化鎘發(fā)電玻璃是最有希望實(shí)現(xiàn)完全平價(jià)上網(wǎng)的新能源產(chǎn)品,在新型建筑材料及BIPV領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展空間,是用科技創(chuàng)新推動(dòng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的典范。”成都中建材在介紹該產(chǎn)品技術(shù)時(shí)特別指出。
論文也指出,碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池(注:碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池與半導(dǎo)體玻璃結(jié)合就形成了碲化鎘發(fā)電玻璃)制造成本低,其簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)大大縮短了生產(chǎn)時(shí)間,使制造成本明顯下降,據(jù)相關(guān)企業(yè)數(shù)據(jù)顯示,碲化鎘發(fā)電玻璃從玻璃襯底的安裝到電池組件出貨的全流程生產(chǎn)時(shí)間小于2.5小時(shí)。
另外,碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池理論上吸收層厚度在幾個(gè)微米左右,原材料消耗極少,因而碲化鎘電池制造成本較低。最后,碲化鎘屬于簡(jiǎn)單的二元化合物系統(tǒng),容易生產(chǎn)單相材料,制備方法容易實(shí)施,有效降低了制造成本。
目前,國(guó)內(nèi)主要有三家企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池,除了參與前述成都中建材外,還有龍焱能源科技(杭州)有限公司(以下簡(jiǎn)稱龍焱能源)和中山瑞科新能源有限公司(以下簡(jiǎn)稱中山瑞科)。
其中,龍焱能源由國(guó)際光伏專家吳選之教授等人創(chuàng)建,在2011年建成擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的25 MW全自動(dòng)碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)線。中山瑞科由明陽(yáng)智能(601615,SH)投資控股,該公司首條100MW生產(chǎn)線2018年在廣東中山投產(chǎn)。
從投產(chǎn)情況來(lái)看,目前我國(guó)公司正處于產(chǎn)能上升期,主要企業(yè)均在加大投資,開拓市場(chǎng),國(guó)家也予以扶持。成都中建材官網(wǎng)顯示,碲化鎘發(fā)電玻璃生產(chǎn)線獲得國(guó)家發(fā)改委“增強(qiáng)國(guó)家制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力重大工程”專項(xiàng)支持1.59億元。明陽(yáng)智能2021年半年度報(bào)告顯示,其碲化鎘薄膜電池組建建筑一體化應(yīng)用示范項(xiàng)目計(jì)入當(dāng)期損益的政府補(bǔ)助超過百萬(wàn)元。
原標(biāo)題:冬奧會(huì)場(chǎng)館的玻璃會(huì)發(fā)電!央企自研新建筑材料將光伏發(fā)電與玻璃結(jié)合!