发电玻璃在中国异军突起,潘景功助力中国实现弯道超车光伏组件太阳能电池太阳能光伏

12月15日,中国工程院院刊《Engineering》发布“2022全球十大工程成就”。其中,第十项就是太阳能光伏发电。

太阳能光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、建站经济便利等技术优势。近年来,受全球气候变化和能源转型影响,太阳能光伏发电取得了前所未有的快速发展。截至2021年年底,全球累计光伏装机已经达到942GW,中国、欧盟和美国位列前三位。硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、聚光太阳能电池等均有突破,实验室能源转换率已达24.7%,企业能源转换率已达17%。作为人类利用太阳能最普遍和最有前景的技术路径,太阳能光伏发电有望引领未来全球能源绿色革命。

作为太阳能光伏发电的一个新型产业:发电玻璃(薄膜太阳能电池的一种),在最近几年悄然兴起。说起发电玻璃在中国的异军突起,就要提到一个人,他就是从美国回国创业的潘锦功博士。

潘锦功博士

㈠潘锦功的创业历程

潘锦功祖籍四川,20世纪70年代出生在浙江杭州,1992年,潘锦功考进了哈尔滨工业大学。1996年大学毕业后,潘锦功经老师推荐前往美国新泽西理工大学攻读博士学位。获得博士学位后,他留在学校的研究中心继续研究碲化镉材料。曾是新泽西理工学院碲化镉薄膜太阳能研究中心常务副主任和创办人之一。

2009年,他回成都参加新能源展会,作了一场关于碲化镉技术的学术报告,他看到了回国创业的广阔前景。

2010年,美国一家美国能源公司开出两千万美元的条件,来换取潘锦功研发项目的专利使用权。印度得知后,更是以一亿美元的出价来购买潘锦功的专利。美国国会曾宣称,潘景功掌握的技术将直接关系到美国未来国家能源安全,扬言不让潘锦功回国。

2011年,潘锦功成功离开美国回到中国,便自己创业专门研究发电玻璃。

2016年,潘锦功团队研发的发电玻璃的光电转换率首次达到17.8%,同年,发电玻璃第一条生产线成功量产,只要55秒就可以生产完成一块单片规格为1.2米×1.6米碲化镉太阳能电池。

2017年,他的团队研制出世界上单片最大面积的发电玻璃,在一片1.92平米的发电玻璃可以为一个普通家庭,一年提供260度到270度左右的电能。他带领团队在新材料新能源领域完成了34项国家专利的申请,其中发明专利19项。潘景功的技术突破让中国转身之间挤进一个千亿级别产业。

2019年1月,潘锦功获颁中国第二届“杰出工程师奖”。在2019年9月第三届全国双创周期间,潘锦功携世界第一块大单体面积碲化镉““发电玻璃””赴京参展,获得国家发展改革委“增强制造业核心竞争力重大工程包”,专项支持1.59亿元。其团队研制的项目也被纳入振兴国家核心竞争力重大高科技项目。

潘景功现在担任成都中建材光电材料有限公司总经理,成都中建材光电材料有限公司是一家混合所有制企业:央企中建材控股55%,潘锦功和他的阿波罗团队占股35%,双流地方国企占股10%。

透明的发电玻璃

㈡解密神秘的发电玻璃

发电玻璃,全称为碲化镉薄膜太阳能电池,是一种高性能电池,它的制作原理是在两块普通玻璃之间,均匀的涂抹一层4微米厚的碲化镉光电材料,使原本绝缘的普通玻璃变成了可导电的导体。换句话说,发电的是薄膜而不是玻璃,这种技术是薄膜太阳能电池技术中的一种。

碲化镉薄膜光伏电池则具有以下几个优点:

制造成本低:与其他太阳能电池相比,碲化镉薄膜电池结构简单,因此制造成本较低。

转换效率高:碲化镉薄膜太阳能电池的理论光电转换效率约为32%,高于晶硅、砷化镓等其他类型的太阳能电池。

温度系数低:温度系数比晶体硅太阳能电池低一半左右,所以更适合于高温、沙漠及潮湿地区等严苛应用环境。

环境友好:与外界的担忧相反,虽然镉元素有剧毒,但碲化镉是稳定的化合物,能被安全使用。碲化镉被密封在两块玻璃之间,常温下没有镉的释放。即使在1100℃的高温下,99.96%的碲化镉都被熔化的两块玻璃封住而没有泄露。而其他几种太阳能电池及燃煤其他能源也有镉的排放,碲化镉玻璃的镉排放量反而是最低的。

因此,相比于其他几种薄膜太阳能电池,碲化镉电池得到了较为迅速的发展,成为仅次于晶体硅的第二种最常见的光伏技术,目前占世界市场份额的5%。但由于技术壁垒极高,目前全球范围内有量产能力的碲化镉电池企业仅有美国第一太阳能、德国Calyxo及中国的成都中建材光电材料有限公司等少数几个企业。

量产的发电玻璃

㈢影响发电玻璃大规模推广的因素

技术上,尽管碲化镉电池的理论效率高达32%,并早在1993年实验室效率已达16%,但在随后的18年里迟迟未能突破,其主要原因是薄膜沉积工艺和界面工程水平较低,导致效率损失居高不下。

在光伏产业的竞争中,想要增强竞争力,扩大市场份额,提升电池效率,实现降本增产是唯一途径。碲化镉薄膜发电玻璃在光伏电站投资领域,很难撼动晶硅光伏的绝对主导地位。晶硅庞大的产业链已形成规模优势,更大的产业规模可以迅速拉低产品成本。而目前碲化镉生产线相比规模偏小,较小的规模较难降低成本。

发电玻璃目前没有广泛应用到家庭中,国家考量层面上还有两个顾虑。

第一,碲元素的储量。碲元素是地球上的稀有元素,目前已知地球上碲元素的储量为14.9万吨,中国只有2.2万吨,所以发电玻璃的制作原料是有限的,没有过多的制作原料,这项技术不好普及。

第二,镉的危害。这种元素对人体的危害很大,会引起人体皮肤溃疡,长期吸入会导致呼吸系统的溃疡,若是不小心进入眼中还会导致视力下降或失明。虽然发电玻璃本身并无毒害,但是国家必须建立完好的回收利用机制,避免废旧发电玻璃中的镉外逸到环境中去。

安装在建筑上的发电玻璃

㈣发电玻璃在国内的应用

碲化镉薄膜是全透明的材质,这意味着发电玻璃的应用范围十分广泛,不必局限在墙壁和屋顶上,门窗上也同样适用,倘若普通玻璃幕墙被发电玻璃取代,那么不仅光污染问题能得以解决,我们身边的建筑物也都会变身成小型发电站,日常用电更加便利。

因为发电玻璃易于携带,如果运用在军事中,可以直接在野外为军区通讯基站提供电力支持。除此之外,发电玻璃还有很强的承重能力,利用这种特性,我们可以把它运用在道路建设上,把道路变成充电站,现在电动汽车的研发技术也在不断革新,未来也将会成为汽车领域的一大趋势,届时两者相得益彰,生活将会更加便利。

目前国内已实现碲化镉薄膜发电玻璃落地应用的建筑包括:成都双流国际机场、成都川开电气、张家口市民中心、上海松江机器人工业园大楼、山西省政府大楼、成都智慧中心、攀枝花石墨碳工业园、九寨沟黄龙高原机场、安徽桐城工业区大型厂房、北京冬奥会运动场馆等。

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1.弱光发电玻璃前景广阔助力稀散金属综合化利用老总专访底部空间进行开放式的畜牧养殖,与传统的太阳能电池产品相比,碲化镉弱光发电玻璃最大的优势是弱光性非常好,即使在光线很弱的阴雨天也可以发电;安装时对角度没有特殊的要求,可以竖直、倾斜和平铺;另外生产过程也有很大的优势,其生成工艺过程简单,一个车间500多米长的流水生产线就可以实现由原材料到成品发电玻璃,自动...https://www.asianmetal.cn/metal_cron/2018/index_lunshi_panjingong.shtml
2.成大讲坛侨智精英进成大—潘锦功:技术金属让玻璃发电与你...主讲人:潘锦功,1996年赴美学习,获得博士学位。美国新泽西理工大学碲化镉薄膜太阳能研究中心的创办人和常务副主任。现任央企成都中建材光电材料公司总经理,浮法玻璃新技术国家重点实验室特聘教授,四川省顶尖创新创业团队带头人,带领团队在新材料方面完成了34项国家专利申请,其中发明专利19项。 https://news.cdu.edu.cn/index.php?m=announce&a=show&announce_id=8786
3.凯盛科技集团有限公司关切地询问了其生产技术、产品特性以及应用,“碲化镉镉弱光发电玻璃的转化率多少?技术保密工作有没有做好?公司员工组成状况是怎么样的?”随后,他感叹地说,“你们的创新成果让我眼前一亮,今天我们收获非常大。在这之前成都推广光伏发电,可行性较弱,但你们让我看到了在成都推广碲化镉弱光发电玻璃的巨大可能性。”...http://www.ctiec.net/show_32_43_6828.html
1.世界第一条大面积碲化镉“发电玻璃”生产线在川建成为了超越对手,他和团队另辟蹊径,一方面继续攻克转换率难题,另一方面从“发电玻璃”面积上寻求赶超之道。 美国制造的是小尺寸“发电玻璃”,规格为1.2米×0.6米。相比3块拼接的小面玻璃,大玻璃的生产效率可提高50%,但“玻璃越大,镀膜难度越大。”潘锦功说,要把4微米厚的碲化镉材料均匀地、不间断地涂在玻璃表面,难...https://www.sc.gov.cn/10462/12771/2017/11/13/10437833.shtml
2.潘锦功:低碳高效新能源材料—碲化镉发电玻璃助力企业节能减碳...潘锦功表示碲化镉发电玻璃是一种无毒、安全、低碳、高效的新型材料、新型能源。 碲化镉的镉排放量最低,无毒环保。碲化镉具有高度稳定的晶格,并可安全封装在碲化镉发电玻璃内多年,常温下没有镉的释放。在储多能源材料中,碲化镉的镉排放量仅0.3g/Gwh,与天然气相同。 https://www.ccement.com/news/content/30262382838375001.html
3.潘锦功:让玻璃发电成为现实凯盛新能(600876)股吧2018年4月,我国首条大面积发电玻璃生产线在成都中建材成功投产,这也是世界首条100兆瓦大面积碲化镉发电玻璃生产线。这项技术成果共获得34项专利,其中19项发明专利完全属于我国自主核心技术专利。 回忆这段艰辛历程,潘锦功说,“坚持是最重要的。”10余年来,他把全部心血投入到发电玻璃的研发和生产中。创业最初的5年...https://fund.eastmoney.com/ba/news,600876,1291349082.html
4.石家庄克拉克:美国欺人太甚!中国博士潘锦功被美国释放后准备乘机...潘锦功回国这条路走得可不简单。他在新泽西理工不光念完了书,还在科研上搞了个大新闻。他弄的“发电玻璃”,不光能给大楼当窗户、外墙,还能靠太阳发电,给大楼和周围供电。这技术有多值钱,就不用多说了,肯定能推动新能源的发展,还能在建筑界掀起一场大风浪。不过,就是因为这个超级牛的发明,潘锦功成了美国和各大...https://www.toutiao.com/w/1817084542727171/
5.装上这块“玻璃”外墙变发电站然而,碲是稀散金属,以稀少分散状态伴生在其他矿物中,开采成本高。采矿这条路没有走通,潘锦功却打开了新思路,将攻关重点放到废渣废料的提纯上,实现了从铜矿、铅锌矿等的废渣中提取,打破了资源限制,每吨碲的成本从98万元降到了40万元。 据测算,“发电玻璃”的设计寿命30年,通过发电,前6年可收回成本,后面的24年...https://sichuan.scol.com.cn/m/dwzw/201903/56830161.html
6.拒绝海外高薪,他回国为亿万大厦插上发电的翅膀一块小小的碲化镉发电玻璃,吸引了美国高层多次关注,投出重金。 前美国国务卿希拉里的特别助手刘易斯、美国国会参议院代表团、美国国会众议院代表团,都曾造访成都中建材光电材料有限公司(下称“成都中建材”),最高给出45亿美元投资,希望得到碲化镉发电玻璃技术,但都没有打动成都中建材总经理潘锦功博士。他很坚定的把...https://36kr.com/p/1727814235831553