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押宝钙钛矿,长城"杀入"光伏产业

在“碳中和”的目标之下,车企“换道”新能源已是行业共识。太阳能光伏发电成为车企们重点发展的领域。

8月16日,长城汽车官微发布消息,长城控股集团与江苏省锡山经济技术开发区签署战略合作。根据协议,无锡极电光能科技有限公司(以下简称“极电光能”)全球总部及钙钛矿创新产业基地项目将落地锡山经济技术开发区,总投资30亿元,总占地面积156亩。同时,项目计划建设全球首条GW级钙钛矿光伏组件和BIPV产品生产线、100吨钙钛矿量子点生产线,以及全球创新中心总部大楼,预计年产值将达到25亿元。

据悉,极电光能前身是长城汽车研究院内部的钙钛矿技术团队,成立于2020年4月,主要从事钙钛矿光伏、钙钛矿光电产品研发和制造。在2021年极电光能钙钛矿光伏组件效率首破20%成为行业内全球第一,并以组件效率20.5%的优异表现被Martin Green全球太阳电池效率表收录。目前,极电光能已完成2.2亿元Pre-A轮融资,并建有全球规模最大的150MW钙钛矿光伏组件试制线。

从长远来看,车企想要通过提前部署光伏产业,争夺该领域的话语权。但行业口中的钙钛矿究竟是什么?为何车企们会如此热衷开发?

揭开“钙钛矿”的面纱

众所周知,晶硅在几十年的发展过程中,已经占据了光伏市场超过95%的市场份额。自1954年美国贝尔实验室研制出第一个实用的晶硅太阳能电池起,其在实验室可实现的最高转换效率就在27%左右,最高极限为29.43%。

但业界对其未来发展潜能并不看好,极电光能总裁于振瑞表示,经过70年研发、20多年商业化生产,无论是效率还是成本,晶硅都已经接近天花板。要实现‘双碳’目标,承载全球电力清洁化的任务,总需要有更大潜力的新技术接力。陷入瓶颈的光伏产业急需新的材料,业内普遍认为新材料的接力棒就是钙钛矿。

钙钛矿其实和字面上“钙、钛、矿”并没有关系,它指的是一类与钙钛矿(CaTiO3)晶体结构类似的“ABX3”化合物。简单来说,就是具有某种特定结构的材料总称。

2009年,日本科学家首次用钙钛矿太阳能发电时,光电转换效率仅为3.8%,当时的晶硅电池实验室转化效率已经达到18%。但经过了大概十年时间的研究,钙钛矿的实验室转换效率已经能超过29%,赶上了晶硅四五十年才达到的记录。

不仅如此,钙钛矿是直接带隙材料,吸光能力远高于晶硅材料。新式钙钛矿光伏电池的单层理论效率可达31%,钙钛矿双结叠层电池转换效率可达35%,钙钛矿三结叠层电池理论效率可达45%以上。如果掺杂新型材料,钙钛矿电池的转换效率最高能达到惊人的50%,是目前晶硅电池的2倍左右。

有业内人士透露,100兆瓦的单一钙钛矿电池工厂,从玻璃、胶膜、靶材、化工原料进入,到组件成型,总共只需45分钟,是目前晶硅达不到的速度。此外,投资相对较低、低能耗、稳定性强的特点让钙钛矿有着更大的优势。总体来看,这些优势无论是对汽车行业还是其他行业都有着强大的吸引力。

不过,对于目前钙钛矿在市场上所处的困境,也有相关行业人解释道,钙钛矿的结晶工艺是一个全新的工艺过程,在别的行业里找不到类似的东西,从设备到材料的体系都具有不确定性,因此还未实现量产。

钙钛矿前景被看好

在长城汽车规划的森林生态体系中,钙钛矿创新产业基地项目就是重要组成部分。在长城汽车董事长魏建军的规划中,极电光能只是其新能源规划的其中一环。在极电光能之前,长城就已经成立了以锂电为主的蜂巢能源,专注氢能源技术的未势能源。也被业界认为,魏建军在新能源领域所布的“一盘大棋”。因此,各新能源板块并非孤立。

实际上,钙钛矿电池的成本比单晶硅、多晶硅电池低约40%,也就是说一度电省1毛多钱,用光伏发电以制氢,就自然把制氢成本降下来了,一旦成本降低,在与汽油车和纯电车的竞争中就有优势。长城汽车的未来规划中,锂电、氢能、光电,都将投入研发,为未来新能源汽车市场储备力量。

此前,现代汽车曾推出全新索纳塔混动版,该车在车顶搭载了一块太阳能电池板,可为车辆动力系统电池包和12V电池供电,理论上太阳能电池板采集到的能量可供车辆免费行驶700英里/年(约合1200公里/年)。但由于汽车车顶配置的基于晶硅太阳能电池打造的太阳能车顶,所以汽车存在电池相对重、电池转化效率低等技术壁垒。

今年6月,据《全球光伏》消息,韩国现代汽车集团已与蔚山国立科学技术研究所(UNIST)的一个研究团队合作,开发了一种新的钙钛矿太阳能电池,可以在阳光下为车辆充电。尽管不知道能否真正应用于汽车上,但已经算是一大突破。

除现代汽车和长城,其他企业也早已盯上光伏产业这块市场。仅在今年5月份,就有包括宁德时代、ST华钰、腾讯等多家家企业涉足钙钛碳领域。此外,除了钙钛矿,车企在光伏产业布局的也不少,通用汽车早在2011年就已进军光伏;特斯拉在2016年进入光伏市场,旗下拥有太阳能屋顶和Powerwall电池系统;比亚迪旗下的光伏产品就是主流的晶硅太阳能电池……据不完全统计,截至目前共有87家企业跨行业进入光伏领域。其中,65家企业进入光伏下游发电领域,22家企业进入光伏制造端。

当然,真正吸引车企纷纷加入光伏产业的战局,最根本的原因在于其未来发展前景可观。

近两年,八部委相继发布了《加快农村能源转型发展助力乡村振兴的实施意见》、《智能光伏产业创新发展行动计划(2021-2025年)》和《关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳中和工作的指导意见》等政策利好文件,确定了集中式+分布式双驱发展发展路径,为2022光伏大爆发奠定了政策基础。

光伏产业和新能源汽车行业都是国家战略扶持产业,其中新能源汽车已经从政策驱动迈入了市场驱动,而光伏产业仍在政策驱动过程中。因此,光伏未来还有很大的市场空间,等待车企去挖掘。

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