玻璃可以發電嗎?
這個聽起來似乎“天馬行空”的想法,已經成為現實。只要在玻璃上鍍一層2-3微米厚的碲化鎘光電薄膜?,就能夠將光能轉化為電能,從而實現“玻璃發電”。
“碲化鎘是一種光電轉化效率較高的材料,能夠在光照下產生電流。”開封宸亞新能源有限公司(以下簡稱“開封宸亞”)聯合創始人齊鵬飛告訴《瞭望東方周刊》。
開封宸亞就是一家“玻璃發電”領域的領先企業。目前,全球的光伏產品主要分為晶硅組件和薄膜組件兩大類?。在晶硅組件產品領域,中國企業不僅全球市場占有率第一,技術上也在全產業鏈領先。
薄膜組件產品則主要包括非晶硅薄膜、碲化鎘(CdTe)薄膜、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜和鈣鈦礦薄膜等類型?,碲化鎘薄膜產品是目前的市場主流產品。
齊鵬飛介紹,全球能夠量產碲化鎘發電玻璃的公司一共有5家,除了美國第一太陽能公司之外,其余4家都在中國,其中又有兩家由齊鵬飛的團隊創立。
“開封宸亞掌握碲化鎘發電玻璃核心上游原材料TCO(透明導電氧化物)導電玻璃鍍膜技術,并能自主設計全產業鏈設備及配套工程的企業,我們的產品在光電轉化效率等關鍵技術指標上亞洲領先,生產線也實現了完全自主研發、設計和生產。”齊鵬飛說。
2020年,齊鵬飛帶領團隊成功中標國家速滑館“冰絲帶”,為這個地標性場館量身定制了1.2萬塊光伏發電玻璃。2024年12月31日,一塊面積達3.2平方米的碲化鎘發電玻璃在開封宸亞下線,這是目前全球單體面積最大的碲化鎘發電玻璃。
齊鵬飛團隊還發現,除了在建筑建材領域擁有廣闊市場前景以外,碲化鎘發電玻璃在中國的鄉村振興領域也大有可為。
“未來,我希望碲化鎘發電玻璃能在中國更多省份和世界上更多國家落地產業化,更好地服務于建筑減碳和現代農業,并推動中國光伏玻璃產業踏上新臺階。”齊鵬飛告訴《瞭望東方周刊》。
來自河南信陽的齊鵬飛,自小就是“學霸”。
1996年,齊鵬飛高中畢業后被保送到中國科學技術大學化學系(五年制),并獲“郭沫若獎學金”。2001年大學畢業后,他又獲斯坦福大學全額獎學金赴美留學,師從國際化學界的頂尖學者戴宏杰。
2006年從斯坦福大學博士畢業后,齊鵬飛進入美國知名的超材料基礎研究和應用機構——施樂帕洛阿爾托研發中心(Xerox Palo Alto Research Center,以下簡稱“施樂研發中心”)工作。
“和身邊智商超群的同學和同事相比,我不算很突出。但我喜歡讀書,愛思考總結。此外,我也比較自律,一旦決定做一件事情,就會‘如切如磋,如琢如磨’,不斷鉆研、打磨、修正、提升。”齊鵬飛說。
在施樂研發中心的工作,讓齊鵬飛對光伏行業的工藝和設備有了深入了解。2008年,他決定辭職,進入當時技術門檻很高但發展前景廣闊的碲化鎘發電玻璃領域創業。
碲化鎘發電玻璃的結構像一塊“三明治”:在兩塊超白高透的玻璃之間,均勻沉積一層數微米厚的碲化鎘薄膜。當太陽光照射到薄膜層后,它會產生電子運動,“變身”為可發電的半導體,且使用安全,易于維護,在清晨傍晚等弱光條件下也有穩定發電,被譽為掛在墻上的“油田”。
在獲得紅杉資本100萬美元投資后,齊鵬飛在硅谷創立了Clean Cell International公司,從基礎材料開始,白手起家研發碲化鎘薄膜太陽能電池。
2010年,齊鵬飛歷經艱辛,成功獲得1000萬美元的第二輪融資,組建了核心團隊,實現了從研發到中試的突破。但就在這時,美國光伏業寒冬來臨,美國機構投資者決定退出。
幾經思考,齊鵬飛做出了一個改變他人生軌跡的決定——回國發展。
之所以下定決心回國,是因為齊鵬飛看到,中國發展清潔能源是大勢所趨,市場極為廣闊。
光伏會是未來主要的清潔能源來源之一,分布式光伏又會是主要的應用場景。而在中國用電量較高的城鎮和周邊地區,能夠用于安裝光伏設備的場地非常有限,可在新建和舊改時融入建筑中的光伏發電玻璃恰恰可以解決這個痛點。
中國城市建筑形態又與美國不同,通常立面較多,更適合安裝碲化鎘薄膜電池,是一片巨大的“藍海”。
2015年,在中美之間來回奔走數年、考察了多個省份后,齊鵬飛最終選擇廣東,與一家民企在中山合資成立了中山瑞科新能源有限公司(以下簡稱“中山瑞科”)。
不久后,經過團隊的不懈努力,克服了產線設計、安裝、調試中的各種問題,中山瑞科成功建成500米長的產線,單條產線最高產能達到100兆瓦,成為當時中國效率最高、單條產線產能最強的碲化鎘發電玻璃全套產線。
中山瑞科的代表作,就是“冰絲帶”。
為2022年北京冬奧會新建的國家速滑館,因外立面有22條環繞樓體的絲帶狀玻璃幕墻,被稱為“冰絲帶”。這些絲帶狀曲面玻璃幕墻,是由1.2萬塊寶石藍色的光伏發電玻璃拼接而成的,兼具高效發電性能,又符合現代建筑審美。
這些光伏發電玻璃,正是由中山瑞科生產的。
齊鵬飛回憶,“冰絲帶”的發電玻璃,一方面要讓光線能夠充分均勻地透過薄膜玻璃,高效穩定地為場館提供電力;另一方面還要在調色上體現設計師“藍天飄白云,似雪初融”的審美創意,難度很高。
2020年,齊鵬飛帶領團隊參與投標,經過數月之久的技術攻關,研發出兼具效率與美感的發電玻璃,成功中標。這1.2萬塊發電玻璃組成了一套與建筑一體的光伏電力系統,一天的發電量相當于200個家庭一年的用電量,為速滑館的制冰系統提供了穩定的清潔電能。
為表彰齊鵬飛對中國碲化鎘產業的突出貢獻,2021年1月,中共廣東省委宣傳部、廣東省工業和信息化廳、廣東省總工會聯合授予齊鵬飛2020年度“南粵工匠”稱號。2022年,他又獲得廣東省總工會頒發的廣東省“五一勞動獎章”。
中山瑞科發展到后期,因對企業未來走向理念不同,齊鵬飛團隊決定與原股東分道揚鑣,尋找新的合作伙伴。
此時,開封國有資產投資經營集團有限公司(以下簡稱“開封國投”)伸出了橄欖枝。
齊鵬飛坦言,要從沿海地區遷往內地,團隊有不少顧慮:地方政府是否開明高效?對于綠色低碳產業的支持力度是否足夠大?未來能否招到、留住海歸和高層次人才?當地是否具有完備的供應鏈和應用場景?
但與開封國投領導層深入溝通后,齊鵬飛堅定了北上的決心。從2020年始,開封市就把制造業發展作為經濟工作重點,致力于打造汽車制造、現代食品、化工新材料三大千億級產業鏈,開封國投將原聯合收割機場300多畝土地專門改造成為儲能新材料產業園。更重要的是,河南是農業大省,碲化鎘發電玻璃在設施農業和農光互補領域能夠大有作為。
2021年,齊鵬飛帶領團隊在開封再次創業,開封宸亞正式誕生。
開封宸亞也成為目前國內唯一一家真正同時掌握TCO鍍膜技術和碲化鎘發電玻璃技術,并真正能自主設計全產業鏈設備及配套工程的企業。
齊鵬飛重新出發的另一大底氣,在于手中涵蓋薄膜玻璃生產全產業鏈的技術儲備。“碲化鎘薄膜玻璃全套生產線已經在國內成功搭建并投入運營,核心零部件國產化率超過95%,不怕‘卡脖子’。延伸到上游,TCO(透明導電氧化物)導電玻璃是薄膜發電玻璃的重要原材料,我們通過引進國際領先技術,消化吸收,掌握了核心鍍膜工藝和裝備,未來可以自產或與合作方共同生產,成本還會大幅降低。”齊鵬飛說。
“能不能用發電玻璃建造農業大棚,發揮碲化鎘發電玻璃均勻透光的特點,讓農作物需要的藍光、紅光可以均勻透過,同時吸收剩余光能用于綜合發電,這樣還能更快收回投資。”
齊鵬飛記得,在美國加州開車時,很少看到大棚之類的農業設施。那是因為加州具有得天獨厚的氣候條件,在落基山脈暖流的眷顧下溫暖少雨,農作物可以“望天收”。
搬到開封后,齊鵬飛在北方多地調研時,驚詫于大棚的使用面積之廣。這是因為中國復雜的地理和氣候條件使得很多地方種植農作物都需要使用大棚等輔助設備,“設施農業”應用場景巨大。
與此同時,齊鵬飛注意到,目前國內農業生產中主要使用的是塑料膜大棚。這是因為玻璃棚建造成本太高。單靠農業收入,大多數農民用不起玻璃大棚。
“于是,我們考慮,能不能用發電玻璃建造農業大棚,發揮碲化鎘發電玻璃均勻透光的特點,讓農作物需要的藍光、紅光可以均勻透過,同時吸收剩余光能用于綜合發電,這樣還能更快收回投資。”齊鵬飛說。
他們進一步了解到,薄膜大棚的成本雖然只有玻璃鋼架大棚的1/10,但生命周期只有1-2年。玻璃鋼架大棚則可以使用20-30年,在其基礎上如果加裝發電玻璃,每平方米成本增加不到400元,但發電產生的收益完全能夠覆蓋成本差價。而且鋼架發電玻璃大棚抵抗大風、冰雹等自然災害的能力要遠高于普通塑料膜大棚,能確保畝產更穩定。如果可以把發電玻璃大棚建起來,租給農戶使用,就能幫助他們節約成本,真正帶來實惠。
2023年,開封宸亞在產業園區內建起發電玻璃大棚示范點,種植了上海青、蒜苗、韭菜和草莓等農作物。經過一年多跟蹤研究,結果顯示,使用發電玻璃大棚后,農作物產量穩定,綠葉菜等產量還有所提升,所有農作物經河南農業大學檢測均品質合格。
齊鵬飛介紹,未來數年內,河南省計劃新建約450萬畝設施農業,其中只要有一部分采用發電玻璃大棚,市場體量就會非常大。從全國范圍來看,還有近兩億畝蔬菜瓜果、中草藥、茶園和花卉等設施農業可適配應用發電玻璃大棚。對于中草藥,茶園和花卉來說,遮陽和防止暴雨冰雹等惡劣天氣對作物的傷害是主要考量,類似 “遮陽傘”的發電玻璃大棚,均勻透光,又成本低廉,非常實用。
除了農作物之外,畜牧業和水產養殖業也可以和發電玻璃結合,發揮碲化鎘發電玻璃均勻透光的優勢,實現農光互補,土地綜合利用,在確保糧食安全和能源安全的同時,通過三產融合助力惠農。
齊鵬飛告訴《瞭望東方周刊》, 他的另一個目標是在不久的將來實現生產流程的“智慧化”:只需把原材料運進來,生產線就能按需生產TCO導電玻璃,再通過傳輸帶,進入碲化鎘生產線,自動產出碲化鎘發電玻璃。
“在這個行業摸爬滾打十多年,我們的決心從未改變,就是一步一個腳印推動中國碲化鎘光伏技術全產業鏈的全面領先。”齊鵬飛說。