碲化鎘光伏發(fā)電建材助力建筑“碳中和”

吳奔，龍焱能源科技（杭州）有限公司創(chuàng)始人，CEO，哥倫比亞大學(xué)商學(xué)院MBA，管理專家，曾就職于國際著名的全球戰(zhàn)略咨詢公司麥肯錫及多家風(fēng)險(xiǎn)投資公司，主導(dǎo)過多家國際企業(yè)并購案，擁有豐富的戰(zhàn)略咨詢及管理經(jīng)驗(yàn)。2004年參與聯(lián)想對IBM全球PC業(yè)務(wù)的收購。其與歸國科學(xué)家組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)不懈努力，先后完成碲化鎘薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)化研究的實(shí)驗(yàn)線、中試線，并最終建設(shè)完成我國第一條具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的碲化鎘薄膜太陽能電池組件生產(chǎn)線。

隨著我國“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)的提出，各行各業(yè)向綠色低碳轉(zhuǎn)型。建筑作為碳排放大戶，無疑成為推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要影響因素。在此背景下，建筑行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展使太陽能建筑一體化迎來新的發(fā)展機(jī)遇?！冻鞘薪ㄖ臻g》雜志就“雙碳”背景下的太陽能光伏建筑一體化發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢采訪了龍焱能源科技（杭州）有限公司（以下簡稱龍焱能源）創(chuàng)始人吳奔先生。

機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

UAS：在“雙碳”目標(biāo)下，建筑實(shí)現(xiàn)“碳中和”已成為重點(diǎn)任務(wù)?；诖?，您認(rèn)為我國光伏建筑一體化將迎來怎樣的發(fā)展機(jī)遇？

吳奔：在我國“雙碳”目標(biāo)背景下，建筑行業(yè)的節(jié)能降碳是重中之重。建筑行業(yè)必須大力發(fā)展綠色建筑，有效降低建筑能耗，使建筑從“高能耗建筑”向“低能耗建筑”“近零能耗”，甚至“產(chǎn)能建筑”升級，助力我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型及建筑行業(yè)綠色低碳發(fā)展。由此，光伏建筑一體化(BIPV)成為實(shí)現(xiàn)這一重大目標(biāo)的關(guān)鍵路徑。

2021年5月，住建部等部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)縣城綠色低碳建筑的意見》（建村2021〔45〕號），明確大力發(fā)展綠色建筑和建筑節(jié)能。2021年9月GB 55015—2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》發(fā)布，并于2022年4月1日起實(shí)施。這是建筑節(jié)能與可再生能源利用領(lǐng)域唯一一本全文強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，其中明確要求“新建建筑應(yīng)安裝太陽能系統(tǒng)”，建設(shè)項(xiàng)目的可行性研究報(bào)告、建筑方案和初步設(shè)計(jì)文件應(yīng)包含建筑能耗、可再生能源利用及建筑碳排放分析報(bào)告，在項(xiàng)目不同階段需進(jìn)行碳排放計(jì)算分析。

在政策推動(dòng)下，建筑領(lǐng)域必將掀起光伏利用的新高潮。目前，我國光伏建筑一體化產(chǎn)業(yè)規(guī)模尚不足50億，這使光伏建筑一體化（BIPV）具有廣闊的發(fā)展前景。我國既有居住建筑面積總量已超600億m2，既有工業(yè)廠房面積高達(dá)200億m2，這是10萬億級的BIPV潛在市場。此外我國每年建筑業(yè)竣工面積約40億m2，若5%用BIPV替代，僅此一項(xiàng)就有1000億元市場。

UAS：光伏與建筑相結(jié)合應(yīng)關(guān)注哪些問題？這些問題對光伏應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生哪些影響？

吳奔：太陽能建筑一體化主要適用于廠房屋頂、居民屋頂、家用太陽能熱水器及部分幕墻外立面?；诩夹g(shù)、美觀、透光度、成本、定制化等因素，房地產(chǎn)及建筑設(shè)計(jì)師在開發(fā)設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)大都拒絕或避免大量使用光伏產(chǎn)品，導(dǎo)致出現(xiàn)“光伏不喜歡城市，城市也排斥光伏”的現(xiàn)象。

光伏與建筑的結(jié)合不應(yīng)僅考慮光伏裝機(jī)量，還需考慮光伏發(fā)電建材與建筑設(shè)計(jì)、城市環(huán)境風(fēng)貌、區(qū)域文化元素等的關(guān)系。應(yīng)利用光伏發(fā)電建材可靈活定制顏色、圖案、尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)厚度、透光度等優(yōu)勢，將光伏建材產(chǎn)品融入建筑設(shè)計(jì)。光電建材需滿足“安全、好看、好用、耐用、經(jīng)濟(jì)”五大條件，與常見光伏電站中的光伏組件相比，建筑中應(yīng)用的光電建材產(chǎn)品要求更高。光電建材產(chǎn)品在滿足安全的前提下，既要滿足業(yè)主、建筑設(shè)計(jì)師對美觀、透光度、尺寸等方面的要求，又要堅(jiān)固耐用，具備較強(qiáng)的發(fā)電能力和經(jīng)濟(jì)性。但若同時(shí)滿足以上要求，難度較大。

研發(fā)與應(yīng)用并重

UAS：據(jù)悉，龍焱能源長期專注于碲化鎘薄膜電池技術(shù)和光伏發(fā)電建材產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)，請問碲化鎘光伏發(fā)電建材的優(yōu)勢何在？

吳奔：龍焱能源自2014年布局BIPV以來，致力于研發(fā)迭代光伏發(fā)電建材產(chǎn)品。如碲化鎘光伏發(fā)電建材，其“天生”具有發(fā)電能力強(qiáng)，安全性能高，可根據(jù)不同需求靈活定制顏色、圖案、形狀、尺寸、厚度、透光度等屬性，在BIPV項(xiàng)目中的應(yīng)用逐漸增多（見圖1～3）。

1 碲化鎘光伏發(fā)電建材在建筑中的各類應(yīng)用場景

2 杭州國家版本館光伏連廊

3 嘉興科創(chuàng)中心透光光伏幕墻

從建造成本來看，光電建筑的成本可動(dòng)態(tài)變化，隨著時(shí)間延續(xù)，其成本基于發(fā)電收入逐漸降低，甚至在建筑全生命周期內(nèi)出現(xiàn)零成本或負(fù)成本；普通建筑只能依靠折舊回收成本。以北京某商業(yè)建筑為例，根據(jù)北京光照情況和電價(jià)測算得知，光伏采光頂增量投資成本靜態(tài)回收期約5年，光伏幕墻增量投資成本靜態(tài)回收期約8年，這已與屋頂光伏電站投資回收期相差無幾。未來，隨著碲化鎘光伏發(fā)電玻璃建材成本逐漸下降，BIPV項(xiàng)目成本將與光伏電站趨同，實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)。

UAS：建筑中使用的碲化鎘發(fā)電玻璃通常為何種結(jié)構(gòu)？

吳奔：按行業(yè)規(guī)范要求，建筑立面幕墻或采光頂使用的玻璃為夾膠鋼化玻璃或帶中空的夾膠鋼化玻璃，常規(guī)光伏電站組件為單?；螂p玻結(jié)構(gòu)，無法滿足建筑行業(yè)規(guī)范及安全要求。建筑設(shè)計(jì)千差萬別，其對建材的要求也各不相同，光伏發(fā)電建材為滿足建筑設(shè)計(jì)要求，定制化程度較高。

碲化鎘發(fā)電玻璃若用于光伏電站，通常為3.2mm發(fā)電基板玻璃+3.2mm背板玻璃夾膠結(jié)構(gòu)；若用于建筑則需根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，通常采用夾膠鋼化玻璃或帶中空的夾膠鋼化玻璃結(jié)構(gòu)，如對隔熱保溫性能要求較高，可采用真空結(jié)構(gòu)，但成本略高。

UAS：碲化鎘薄膜電池有哪些技術(shù)優(yōu)勢？

吳奔：碲化鎘薄膜電池優(yōu)勢明顯，具體如下所述。

1）碲化鎘產(chǎn)業(yè)鏈較短。僅300m的碲化鎘光伏組件全自動(dòng)生產(chǎn)線即可實(shí)現(xiàn)原材料光伏玻璃磨邊清洗→化合物半導(dǎo)體薄膜制備→光伏組件成品封裝測試的完整生產(chǎn)流程。

2）碲化鎘組件的碳足跡數(shù)值較低。當(dāng)前晶硅PERC組件的碳足跡數(shù)值約600gCO2eq/W，龍焱碲化鎘薄膜光伏組件經(jīng)中國國檢的評估認(rèn)證，其碳足跡數(shù)值為366gCO2eq/W。原因在于碲化鎘薄膜電池僅幾微米，可大幅節(jié)約原料；產(chǎn)業(yè)鏈較短，可大幅降低能耗；組件封裝工藝簡便，可降低生產(chǎn)能耗。

3）碲化鎘的禁帶寬度為1.45eV，是與地面太陽能光譜最匹配的太陽能電池吸收層材料。

4）碲化鎘是直接帶隙材料。其吸收系數(shù)較高，約為硅材料的100倍。

5）溫度系數(shù)低。碲化鎘禁帶寬度高于晶硅，溫度系數(shù)約為晶硅的1/2，夏季組件溫度可超65℃，故碲化鎘薄膜組件因溫度升高造成的功率損失較晶硅組件減少10%。

6）熱斑效應(yīng)小。碲化鎘薄膜組件采用長條電池設(shè)計(jì)，減少了熱斑效應(yīng)，在提高發(fā)電能力的同時(shí)改善了產(chǎn)品壽命和安全性。

7）色彩均勻，美觀大方。大面積碲化鎘薄膜組件色彩均勻且美觀，整體感強(qiáng)，適用于對美觀要求較高的建筑。

8）發(fā)電效率高。碲化鎘電池理論極限轉(zhuǎn)換效率為32%～33%，目前小面積電池光電轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄為22.1%，龍焱碲化鎘組件光電轉(zhuǎn)換效率為19.0%，可見其具有較大的提升空間。

9）定制化程度高。龍焱能源特有的生產(chǎn)工藝可根據(jù)不同需求靈活定制建材的顏色、圖案、形狀、尺寸、透光度等，逐步實(shí)現(xiàn)在建筑中用光伏發(fā)電建材替代傳統(tǒng)建材的轉(zhuǎn)型目標(biāo)。

UAS：如何讓更多建筑師更深入地了解光伏產(chǎn)品？

吳奔：當(dāng)前，很多建筑師對光伏產(chǎn)品的印象僅停留在藍(lán)色或黑色晶硅光伏板階段，無論是色彩外觀、分格尺寸、結(jié)構(gòu)厚度，還是透光度、安全性、熱工系數(shù)等方面，建筑師皆較為排斥，但品類豐富的碲化鎘光伏發(fā)電建材產(chǎn)品及其應(yīng)用案例逐漸吸引了設(shè)計(jì)師的眼球。

光伏產(chǎn)品要想與建筑行業(yè)及建筑師產(chǎn)生聯(lián)系，首先需要研發(fā)生產(chǎn)可滿足建筑行業(yè)要求的光伏發(fā)電建材產(chǎn)品；其次是光伏產(chǎn)品應(yīng)在建筑行業(yè)展會(huì)及論壇活動(dòng)中多亮相，使更多建筑師看到產(chǎn)品實(shí)物，了解產(chǎn)品的技術(shù)性能；第三，光伏產(chǎn)品應(yīng)實(shí)現(xiàn)不同場景的項(xiàng)目應(yīng)用，就其代表性項(xiàng)目、安裝方式、發(fā)電節(jié)能效果、經(jīng)濟(jì)性等內(nèi)容也需經(jīng)常與建筑師交流分享，使建筑師直觀了解光電建材產(chǎn)品的應(yīng)用效果。

市場未來可期

UAS：在光伏建筑一體化（BIPV）應(yīng)用領(lǐng)域，龍焱能源有怎樣的規(guī)劃布局？

吳奔：在“雙碳”政策和建筑行業(yè)綠色低碳發(fā)展政策的驅(qū)動(dòng)下，BIPV市場正快速崛起?；诖?，龍焱能源依托于核心自主的碲化鎘薄膜太陽能電池技術(shù)、豐富的光伏發(fā)電建材產(chǎn)品及行業(yè)領(lǐng)先的生產(chǎn)制造優(yōu)勢，在光伏建筑一體化領(lǐng)域呈現(xiàn)市場領(lǐng)先之勢。

龍焱能源作為我國率先實(shí)現(xiàn)碲化鎘薄膜太陽能電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，歷經(jīng)14年發(fā)展，已擁有國產(chǎn)化設(shè)備的碲化鎘薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)化綜合研究能力及自主知識產(chǎn)權(quán)，包括建立實(shí)驗(yàn)線、中試線及3條已實(shí)現(xiàn)組件滿產(chǎn)的生產(chǎn)線。實(shí)驗(yàn)室電池效率及產(chǎn)線組件效率穩(wěn)定提升，每年可提升0.7%～1.0%。目前實(shí)驗(yàn)室電池轉(zhuǎn)化效率已接近21%，標(biāo)準(zhǔn)組件轉(zhuǎn)化效率為15%～16%，最高可達(dá)17%。

龍焱能源自主研發(fā)的新一代高效碲化鎘薄膜標(biāo)準(zhǔn)光伏組件最高輸出功率達(dá)123.73W，即全面積光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)17.19%，實(shí)驗(yàn)室小面積電池轉(zhuǎn)換效率獲得突破，達(dá)20.61%，不僅刷新了國內(nèi)量產(chǎn)碲化鎘光伏組件的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也表明龍焱能源已進(jìn)入碲化鎘薄膜太陽能電池研發(fā)制造的國際先進(jìn)行列。我們已開發(fā)出諸多適用于不同建筑應(yīng)用場景的碲化鎘薄膜光伏發(fā)電建材產(chǎn)品，如建筑立面光伏墻、透光產(chǎn)品、仿石材、仿木材、仿金屬板產(chǎn)品，以及最新研發(fā)生產(chǎn)的金屬鍍膜產(chǎn)品；建筑屋頂?shù)墓夥摺⑼腹獍l(fā)電玻璃建材；以及光伏地磚、光伏欄桿等。產(chǎn)品的顏色圖案、形狀尺寸、厚度、透光度皆可根據(jù)建筑需求定制。

龍焱能源的碲化鎘光伏建材產(chǎn)品已在國內(nèi)外諸多BIPV項(xiàng)目中成功應(yīng)用（見圖4～7），如世園會(huì)中國館、杭州國家版本館、雄安商務(wù)中心、嘉興火車站、廣州美術(shù)館、順豐鄂州機(jī)場、大同未來能源館、迪拜世博會(huì)瑞典國家館等，受到建筑行業(yè)的廣泛好評。

4 迪拜世博會(huì)瑞典國家館立體停車庫采光光伏幕墻

5 嘉興火車站屋頂BIPV光伏電站

6 世園會(huì)中國館金色光伏采光頂

7 懷來國家濕地博物館彩色光伏連廊