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玻璃幕墻即光伏電池,建筑有望從"耗能"向"產量"轉變

鉅大LARGE  |  點擊量:627次  |  2022年09月08日  

國家住建部數據顯示,我國的建筑能耗約占全社會總能耗的30%。建筑能耗包括從建筑材料制造、建筑施工,到人們日常在建筑中的采暖、空調和照明等。從“耗能城市”向“節能城市”,甚至“產量城市”的轉變,也是建設智慧城市低碳發展的一大議題。


八月十日,銅銦鎵硒薄膜光伏建筑一體化(CIGS-BIPV)技術與應用的研究成果,在陜西西安的光伏產業發展高峰論壇暨展覽會上,進行了展示。該項目由國家能源集團牽頭,集成了CIGS-BIPV一體化裝配技術、光伏光熱太陽能綜合利用、直流電供電系統、智能樓控系統四大創新點。


銅銦鎵硒薄膜光伏發電是指,利用銅銦鎵硒薄膜(CIGS)太陽能電池,將光能轉換成電能。CIGS太陽能電池是吸收層由銅(Cu)、銦(In)、鎵(Ga)、硒(Se)四種元素,按照最佳比例構成的結晶薄膜太陽能電池。


國家能源投資集團有限責任公司于2017年八月成立,由我國國電集團公司與神華集團有限責任公司合并重組而成,是目前世界最大的煤炭生產、火力發電和可再生能源發電生產公司。


本次在陜西西安展示的CIGS-BIPV展示單元,長6.6米,寬4米,高3.7米,建筑面積為26.15平方米,相當于模擬一個小型居住單元,共裝有90塊光伏組件。國家能源集團相關負責人表示,該單元實際使用的CIGS轉換效率為14.2%。在西安的日照條件下,該展示單元1天大約能發15度電。

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CIGS-BIPV展示單元文閔圖


“當前(CIGS)太陽能電池,在實驗室的最高轉換效率紀錄為22.9%。”國家能源集團綠色能源與建筑研究中心湯洋博士表示。


薄膜太陽能電池具有層級結構,襯底一般是玻璃,玻璃之上再分別沉積銅銦鎵硒吸收層、硫化鎘緩沖層、氧化鋅窗口層等多層薄膜,最上層蓋板玻璃,因此在與建筑的一體化上具有先天的優勢。傳統的太陽能光伏板與建筑是分離式的,先有玻璃幕墻,再貼太陽能電池板。而CIGS-BIPV則意味著太陽能電池板本身就是一個可以發電的玻璃幕墻,同時滿足建筑墻體應達到的抗震、抗腐蝕、抗風的指標。


湯洋介紹,在三種實現了產業化的薄膜太陽能電池中,非晶體硅薄膜太陽能電池的轉換效率只有10%以下,且衰減性較大,正處于市場退出狀態。


“未來比較有潛力的薄膜太陽能電池就是碲化鎘和銅銦鎵硒。”湯洋表示。

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而這兩種薄膜太陽能電池用到的原料中,碲(Te)、銦、鎵、硒均為稀有分散元素,在地殼中豐度較低,在自然界中不形成獨立礦物,而是以雜質狀態分散于其他元素的礦物中。


CIGS太陽能電池的光電轉換效率居各種薄膜太陽能電池之首,超過14%,接近晶體硅太陽能電池;成本則是晶體硅電池的三分之一。湯洋介紹,目前市場主流的晶硅太陽能電池,采用的是切拼工藝。即加熱融化無規則晶體硅塊,生成原子排列有序的硅錠后,切成一塊塊電池板,利用鍍錫焊帶將每塊電池板連起來。而第二代的薄膜電池,則可以利用鍍膜技術讓材料直接“長”在玻璃上,大大降低了生產成本。


此外,薄膜電池不會出現晶硅類電池很難克服的光致衰退效應,使用壽命可長達30年以上;同時弱光性較晶體硅電池更好。


“同樣標定的轉換效率,CIGS太陽能電池的發電量比單晶硅、多晶硅太陽能電池要高得多。”國家能源集團總經理凌文介紹。


凌文表示,CIGS太陽能電池可以廣泛應用于邊遠山區和海島的獨立電站、農光互補、漁光互補等精準扶貧項目、光伏建筑一體化(BIPV)和大型地面光伏電站等領域。


由于邊遠山區和海島的自然條件更為苛刻,凌文提出下一步CIGS太陽能電池的目標不是馬上市場化,而是“抗風的強度、抗腐蝕的強度,要做上去”。


“五年以后的光伏板跟現在比,成本將大幅下降,效率還將大幅提升。”凌文表示,現在的任務就是繼續投入研發,研究如何提高效率并降低成本。


2018年一月,神華集團、上海電氣和德國光伏設備制造商ManzAG共同出資,正式開始建設重慶神華薄膜太陽能項目,設計年產量為306MW。湯洋表示,等該廠建起來并實現國產化之后,CIGS太陽能電池的成本會更加有競爭力。

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