CIGS薄膜電池何時(shí)“封后”？

        時(shí)常幻想，晶硅與薄膜就像皇宮里的皇后與妃嬪。一直以來(lái)，在太陽(yáng)能電池的世界里，似乎薄膜太陽(yáng)能電池只能是“妃嬪”，晶硅電池才是堂堂“皇后”，而CIGS成了妃嬪當(dāng)中與“皇后”爭(zhēng)寵的佼佼者。當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)中的晶硅與薄膜之爭(zhēng)不像宮斗戲中的爾虞我詐、勾心斗角，它們相對(duì)純真，只不過(guò)簡(jiǎn)單地想分個(gè)高低成為市場(chǎng)主角而已。

還記得9月份的光伏大佬喊話嗎?天合光能的高紀(jì)凡、保利協(xié)鑫的舒樺、英利集團(tuán)的宋登元等，無(wú)不力撐晶硅，直指薄膜路線薄弱之處。一時(shí)媒體圍觀的氛圍，險(xiǎn)些要走火。

不過(guò)，薄膜電池似乎也不甘落后。10月16日，德國(guó)高科技設(shè)備制造商Manz集團(tuán)在北京宣布研制出CIGS薄膜太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換率由21%提升至21.7%，再次刷新世界紀(jì)錄，不得不令人刮目相看。

我們知道，身為多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池的重要一員，CIGS薄膜電池技術(shù)是目前行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的最具工業(yè)化前景的薄膜發(fā)電技術(shù)，更被國(guó)際稱為下一時(shí)代最有前途的廉價(jià)太陽(yáng)電池之一。它所具備的獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)不顯示出其強(qiáng)烈的存在感。也正是這種日漸強(qiáng)烈的存在感與巨大潛力，讓晶硅與薄膜之爭(zhēng)更趨白熱化。

只不過(guò)前些年，光伏薄膜組件的發(fā)展相對(duì)低迷，雪上加霜的是陸續(xù)有國(guó)內(nèi)外公司關(guān)閉了薄膜業(yè)務(wù)，從最早的歐瑞康到近期的杜邦，都因薄膜業(yè)務(wù)無(wú)法帶來(lái)有效利潤(rùn)增長(zhǎng)而放棄。但即使是這樣，以Manz等為代表的制造商卻依舊大力推廣薄膜，尤其是CIGS。

莫非其是想展示“明知山有虎，偏向虎山行”的霸氣?筆者以為，怕是“醉過(guò)方知酒濃，愛過(guò)方知情重”。

優(yōu)勢(shì)對(duì)比

雖然有生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)瓶頸的制約，但在CIGS薄膜太陽(yáng)能電池四十多年的發(fā)展中，其研發(fā)不斷取得突破，相比于晶體硅電池的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)也在日益突顯。有時(shí)甚至覺得CIGS可謂是點(diǎn)著晶體硅的“死穴”在發(fā)展。

比如，CIGS薄膜太陽(yáng)能電池光吸收能力強(qiáng)，可吸收光譜波長(zhǎng)范圍廣，與同一瓦數(shù)級(jí)別的晶硅太陽(yáng)能電池相比，每天可以超出至少10%比例的總發(fā)電量。

又比如，晶硅電池有光致衰減的特性，其發(fā)電效能會(huì)逐漸減退，而CIGS太陽(yáng)能電池則沒有光致衰減特性，發(fā)電穩(wěn)定性高。晶硅太陽(yáng)能電池長(zhǎng)時(shí)間發(fā)電后，或多或少存在熱斑現(xiàn)象，維護(hù)費(fèi)用高，而CIGS太陽(yáng)能電池能采用內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)，所需維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較低。

再比如，生產(chǎn)成本低，組件轉(zhuǎn)換效率逼近晶體硅組件。主要構(gòu)成CIGS太陽(yáng)能電池的金屬元素不是貴重金屬，原材料需求量也不高，成本下降空間大，但其轉(zhuǎn)換效率并不低，能源回收周期也短，這與成本下降有限的晶體硅電池相比，實(shí)在是很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

實(shí)例對(duì)比

很多時(shí)候，筆者都覺得薄膜技術(shù)路線還很需要時(shí)間，現(xiàn)在各業(yè)內(nèi)人士以及媒體的捧殺，都沒有安安心心做出一個(gè)好的工程案例來(lái)得厚實(shí)。既然說(shuō)到對(duì)CIGS的鐘愛，筆者也查閱了一些過(guò)往實(shí)例。

據(jù)記載，2008年9月，西班牙建成了的3.24兆瓦銅銦鎵硒電站，并成功運(yùn)行。

在我國(guó)國(guó)內(nèi)，也已經(jīng)有人嘗到了甜頭。兩年多前投建的云南石林1MWCIGS薄膜電池并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目，到如今已經(jīng)成功運(yùn)行一年多了。我們來(lái)看一組數(shù)據(jù)：使用Manz組件的云南石林1MWCIGS薄膜電站，就占地面積來(lái)說(shuō)，按照多晶硅組件轉(zhuǎn)化率15%，CIGS組件14.6%來(lái)計(jì)算，CIGS占地面積是多晶硅的1.028倍，超出2.8%。雖然多晶硅單片轉(zhuǎn)換效率已可超18%，但封裝組件之后也僅有15-16%左右，而CIGS組件不存在封裝的問(wèn)題。假設(shè)日滿發(fā)時(shí)間為4小時(shí)，發(fā)出10000千瓦時(shí)電量時(shí)，多晶硅組件面積為16666㎡，而CIGS模組為15566㎡，節(jié)約6.4%。計(jì)算模組單位面積(1㎡)發(fā)電量，同樣假設(shè)滿發(fā)時(shí)間4小時(shí)，則晶硅發(fā)電0.6千瓦時(shí)，CIGS發(fā)電0.642千瓦時(shí)，超出7%。

此外，個(gè)人安裝CIGS薄膜電站也已有案例。一名叫做倪歡的從劍橋畢業(yè)回國(guó)的低碳行業(yè)研究者，利用CIGS薄膜太陽(yáng)電池的發(fā)電方案在位于一樓的家中庭院安裝了光伏電站，并且成功并網(wǎng)發(fā)電，成為國(guó)內(nèi)首位安裝CIGS薄膜太陽(yáng)電池的家庭用戶，也成了CIGS業(yè)內(nèi)名人。以下是倪歡家中CIGS薄膜太陽(yáng)電池電站基本數(shù)據(jù)：

這些案例，想必對(duì)加快CIGS的商業(yè)應(yīng)用不僅有參考意義，還有刺激作用。

潛力對(duì)比

回到現(xiàn)實(shí)，光伏發(fā)電中的太陽(yáng)能電池仍是以晶體硅太陽(yáng)電池為主，市場(chǎng)份額曾一度達(dá)到90%左右，說(shuō)來(lái)薄膜也是“壓力山大”。

不過(guò)近年來(lái)，CIGS薄膜電池增長(zhǎng)迅速，占全球薄膜電池產(chǎn)量的比重從2011年的20.5%迅速上升至2013年的40.39%。據(jù)OFweek行業(yè)研究中心數(shù)據(jù)顯示，2013全球薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)能達(dá)到8.4GW，產(chǎn)量約為4GW，產(chǎn)能、產(chǎn)量均較2012年提高了20%，薄膜發(fā)電在全球范圍內(nèi)發(fā)展呈穩(wěn)健發(fā)展態(tài)勢(shì)。在未來(lái)一段時(shí)間，薄膜發(fā)電還有很大的提升空間和潛力。

從應(yīng)用來(lái)看，屋頂或者地面，城市或者郊區(qū)都可以裝置光伏發(fā)電設(shè)備，在光伏建筑一體化領(lǐng)域更是具有較大的市場(chǎng)潛力。拿我國(guó)來(lái)說(shuō)，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)測(cè)算，到2020年，我國(guó)城鄉(xiāng)房屋建筑面積約為890億平方米，以東、南、西墻墻面積的15%、屋頂面積的10%計(jì)，直接市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)10萬(wàn)億元，間接市場(chǎng)規(guī)模達(dá)30萬(wàn)億元，相當(dāng)于我國(guó)汽車市場(chǎng)的3-5倍。即使按照10%的轉(zhuǎn)化率和太陽(yáng)能平均每年1300個(gè)發(fā)電小時(shí)計(jì)算，裝機(jī)規(guī)模相當(dāng)于368個(gè)葛洲壩或45個(gè)三峽，可替代全社會(huì)30%左右的年用電需求。CIGS薄膜太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換率高、性能穩(wěn)定、制造成本低、抗輻射能力強(qiáng)、弱光發(fā)電性好、質(zhì)量輕、柔性可彎曲、色彩可調(diào)，在光伏建筑一體化，BIPV或者BAPV方面，單位面積的發(fā)電量上CIGS很占優(yōu)勢(shì)，在垂直角度等不利于光伏組件發(fā)電的情況下，CIGS模組的弱光效應(yīng)會(huì)體現(xiàn)得更為明顯，發(fā)電量比晶硅模組更高。這在云南石林光伏電站中已經(jīng)得到過(guò)證實(shí)。

無(wú)論是兆瓦級(jí)地面電站、屋頂分布式電站，還是光伏幕墻，CIGS薄膜電池組件都是一個(gè)不錯(cuò)的選擇--既具備高效發(fā)電功能又具有視覺觀賞性，豈不美哉?

結(jié)語(yǔ)

一直以來(lái)，晶硅電池與太陽(yáng)能薄膜這兩條光伏發(fā)電技術(shù)路線，在成本與轉(zhuǎn)化率方面一直都在競(jìng)賽，但是主導(dǎo)市場(chǎng)的“王位”只有一個(gè)。這也導(dǎo)致對(duì)于太陽(yáng)能薄膜的偏見一直都有，看衰薄膜的也大有人在，從“晶硅VS薄膜”類似的論戰(zhàn)中可見一斑。

但是筆者認(rèn)為，兩者絕不是有你無(wú)我的“敵人”--真的沒有宮斗戲那么精彩。一個(gè)再好的產(chǎn)品也始終難以滿足眾口，更何況不進(jìn)則退，晶硅一旦失去成本優(yōu)勢(shì)，此消彼長(zhǎng)，薄膜的需求則隨之驟增，“王位易主”也不是沒有可能的事。CIGS之于晶硅，是一種互補(bǔ)，也可以是一種超越。盡管起步與發(fā)展都比晶硅電池慢，其天生的特色卻是晶硅無(wú)法比擬的。以CIGS為首的薄膜路線“不入流”應(yīng)該是短暫的，誰(shuí)能成為未來(lái)光伏市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，還得看誰(shuí)能帶來(lái)更大的商業(yè)價(jià)值，誰(shuí)能保障終端用戶最大的利益。這其中，以Manz為代表的光伏企業(yè)似乎已經(jīng)給出了答案。