近日在2018中国西安光伏产业发展高峰论坛暨展览会上,国家能源集团首次展示了铜铟镓硒薄膜光伏建筑一体化(CIGS-BIPV)核心技术与应用的研究成果。该项目由国家能源集团牵头,集成了CIGS-BIPV一体化装配技术、光伏光热太阳能综合利用、直流电供电系统、智能楼控系统四大创新点。
国家能源集团总经理凌文还在现场透露,集团在重庆设立的铜铟镓硒组件公司中,量产化的第一批组件到今年年底就会生产出来。
今年4月,工信部、住建部、国家能源局等6部门联合发布《智能光伏产业发展行动计划(2018~2020年)》(以下简称《计划》),其中就安排开展智能光伏建筑及城镇应用示范。
《计划》明确提出,在有条件的城镇建筑屋顶(政府建筑、公共建筑、商业建筑、厂矿建筑、设施建筑等),采取“政府引导、企业自愿、金融支持、社会参与”的方式,或引入社会资本出租屋顶、EMC节能服务合同管理等多种商业模式,建设独立的“就地消纳”分布式建筑屋顶光伏电站和建筑光伏一体化电站,促进分布式光伏应用发展。
国家政策方向的进一步明确,已经让多家央企以铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能发电技术为切入点,加快在这一领域的布局。
铜铟镓硒(CIGS)薄膜光伏发电是指利用铜铟镓硒薄膜太阳能电池将光能转换成电能的技术方式。CIGS太阳能电池是吸收层由铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)、硒(Se)四种元素,按照最佳比例构成的结晶薄膜太阳能电池。相对于晶硅类太阳能电池,铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有功率衰减低、寿命周期长、弱光发电性能好以及外观一致性好等特点,被国际上称为“下一代非常有前途的新型薄膜太阳能电池”。
膜太阳能电池具有层级结构,衬底一般是玻璃,玻璃之上再分别沉积铜铟镓硒吸收层、硫化镉缓冲层、氧化锌窗口层等多层薄膜,最上层盖板玻璃,因此在与建筑的一体化上具有先天的优势。传统的太阳能光伏板与建筑是分离式的,先有玻璃幕墙,再贴太阳能电池板。而CIGS-BIPV则意味着太阳能电池板本身就能成为一个可以发电的玻璃幕墙,同时满足建筑墙体应达到的抗震、抗腐蚀、抗风的指标。
特别是在建筑应用上,铜铟镓硒薄膜太阳能电池可定制化生产不同色彩和图案的组件,适用于不同的市场应用场景和要求,尤其可满足建筑设计师关于色彩、规格等建筑美学需求,同时由于其对光照角度要求低,可安装于建筑物立面。
多家央企加快布局
国家能源投资集团有限责任公司于2017年11月成立,由中国国电集团公司与神华集团有限责任公司合并重组而成,是目前世界最大的煤炭生产、火力发电、风力发电和煤制油煤化工公司。
2016年12月27日上海电气的公告称,拟与原神华集团(现国家能源集团)及德国Manz公司就“铜铟镓硒技术”进行合作。2017年,三方合作成立了苏州曼兹新能源装备有限公司(Suzhou Manz New Energy),将上海电气的先进装备制造优势、Manz的铜铟镓硒(CIGS)装备技术优势以及原神华的能源行业优势结合在一起。
2017年1月,作为主要股东方,原神华集团(现国家能源集团)与上海电气等单位联合出资设立了两家光伏公司,分别为神华(北京)光伏科技研发有限公司和重庆神华薄膜太阳能科技有限公司,两家公司注册资本分别为12.25亿和12.5亿元。重庆神华由国家能源集团、上海电气和重庆两江新区战略性新兴产业股权投资基金三方出资设立,建设有CIGS薄膜太阳能组件生产线。2017年12月21日,重庆神华薄膜太阳能电池组件项目正式开工,一期项目年产能306MW,未来将成为国内最大的铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能组件生产线。汤洋表示,等该工厂建起来并实现国产化之后,CIGS太阳能电池的成本会更有竞争力。
2018年1月15日,另一家中央企业中国建材旗下的凯盛科技集团有限公司(以下简称“凯盛集团”)与徐州经济技术开发区签约,投资建设铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池生产及设备制造项目。据悉,该项目一期投资20亿元、建设300MW的太阳能电池生产线。
地方国企方面,2017年12月,来自山西的同煤集团、大同市经济发展投资有限公司与长期在薄膜光伏发电领域布局的民营企业汉能集团宣布其共同投资的第一条50MW产线开始投产。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池应用广泛
光伏建筑一体化的庞大市场前景吸引企业入局,但能否加快薄膜电池在建筑上的实际应用并降低造价已经成为开拓这一市场的关键。当前,光伏建筑一体化项目大多是将太阳能光伏组件以光伏幕墙形式安装于建筑物外立面,而此次展示的铜铟镓硒薄膜光伏建筑一体化(CIGS-BIPV)则直接将光伏玻璃、龙骨、保温板等进行了集成式设计施工,兼顾遮风挡雨、保温隔热、隔声等建筑功能。
本次在陕西西安展示的CIGS-BIPV展示单元,长6.6米,宽4米,高3.7米,建筑面积为26.15平方米,南立面设采光窗,相当于模拟一个小型居住单元,共装有90块光伏组件。初步估计,该单元实际使用的CIGS转换效率约为14%。在西安的日照条件下,该展示单元1天大约能发20度电。
正在海南省陵水黎族自治县建设的碧桂园珊瑚宫殿商业综合体示范项目,就已在墙体采用了这种彩色的铜铟镓硒薄膜光伏组件,其设计装机容量为92.5kW。
国家能源集团称,在北京、江苏、广东、海南、四川等省市落地的6个实体示范项目,也将于今年下半年到明年上半年陆续完工。
近年来,铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究与产业化进展迅速,转换效率世界纪录不断被刷新,当前实验室最高转换效率纪录已达到22.9%。在三种实现了产业化的薄膜太阳能电池中,非晶体硅薄膜太阳能电池的转换效率只有10%以下,且衰减性较大,正处于市场退出状态,未来比较有潜力的薄膜太阳能电池就是碲化镉和铜铟镓硒。
第二代薄膜电池优点很多。目前市场主流的晶硅太阳能电池,采用的是切片与组装工艺。即将硅材料通常切成156x156毫米的电池板,利用焊带将每块电池板连起来。而第二代的薄膜电池则可以利用镀膜技术让材料直接“长”在玻璃上。此外,薄膜电池不会产生晶硅类电池很难克服的光致衰退效应,使用寿命可长达30年以上;同时弱光性较晶体硅电池更好。同样标定的转换效率,CIGS太阳能电池的发电量比单晶硅、多晶硅太阳能电池要高得多。随着时间的推移,光伏板跟现在比,成本将大幅下降,效率还将大幅提升,薄膜电池现在还需继续投入研发,研究如何提高效率并降低成本。
CIGS太阳能电池可以广泛应用于边远山区和海岛的独立电站、农光互补、渔光互补等精准扶贫项目、光伏建筑一体化(BIPV)和大型地面光伏电站等领域。而在施工应用上,包括中建集团等建筑类央企也早就涉足了光伏幕墙建设、施工及安装等。
根据国家住建部有关数据,我国建筑能耗约占全社会总能耗的30%。广义的建筑能耗包括从建筑材料制造、建筑施工,到人们日常在建筑中的采暖、空调和照明等。从“耗能城市”向“节能城市”,甚至“产能城市”的转变,是建设智慧城市低碳发展的重要议题。