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高效光伏:中国式创新的筹码
价值中国推荐 2015-06-17 18:12 能源评论2015年第5期 解读此文 收藏此文

  文·冯晓琦

  从晶体和薄膜在中国市场诞生那天起,一场关于“产品效率和技术路线的竞赛”就敲响战鼓,晶体硅电池的性价比日新月异,薄膜电池的转换效率也节节攀升。在过去五年中,聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池和有机太阳能电池等新技术也不断地在实验室诞生,让行业对“技术走向何方”更加迷茫。

  但从2014年伊始,人们发现,晶体和薄膜不再刷屏般存在,而换成另一个词——高效光伏。


  先是在去年年底的第十四届中国光伏大会上,中科院电工研究所副所长许洪华表示,在“十三五”期间,“新型高效太阳能电池”将是光伏产业的发展重点。随后,知名光伏市场调研公司Solarbuzz在3月发布的年度报告中,明确指出“高效的晶硅电池预计将占据更大的市场份额,供应商市场规模将增长200%”。能源智库EnergyTrend的观点更一针见血:掌握高效技术,必定成为光伏制造企业生存成长的关键因素。

  所谓高效光伏,国际上没有统一的定义,但根据各个企业的标准,目前通常是指转化效率超过17.8%的多晶硅产品、超过18%的薄膜产品,及其与相应智能逆变器所构成的整体系统。

  作为被企业认可、业界期望的技术,高效光伏的价值绝非简单的体现为降低建设成本、实现光伏平价上网的目标,而是代表了未来若干年可预见的技术主流,其与互联网和智能化的结合还可能推动产业生态的新变化。

  高效组件揭面纱

  高效组件被关注,和光伏供应端的变化不无关系。

  2012年前,全球最大的光伏应用市场在欧盟,当时,德、法等国政府都大手笔地给予光伏产业很高的补贴,也正因为补贴,欧洲的产业发展略显粗放,组件技术水平提升不快。欧债危机的冲击迫使各国降低了补贴的力度,欧洲的光伏市场因此一度萎缩。

  而反观前几年光伏市场发展略显平庸的日本,从2011年福岛核电站事故后,日本政府更重视发展可再生能源,先是光伏补贴额度跃升全球最高,2013年开始,日本成为全球最主要的光伏产品需求地区之一。

  但与产业发展相对粗放的欧美相比,日本存在先天不足——国土面积小,光伏电池可安装的空间有限。为了适应日本的特点,诸多企业开始加大研发力度并迅速提升产品的光电转换率,生产高效能的屋顶光伏产品。

  但资本市场对于高效产品始终保持谨慎态度。直到艾隆·马斯克旗下的SolarCity发起的一次并购后,诸多资本才因为“带头大哥”的又一次惊人之举而开始对高效组件青睐有加。2014年3月,SolarCity宣布收购以擅长生产高效电池板著称的太阳能电池板企业Silevo。其合作的目标是,计划在纽约州建设一家超级太阳能电池板工厂,让美国成为成本最低的电池板产地。

  如果从财务角度看,高效光伏电池并不能直接降低光伏电池组件的成本。其真正的价值在于,转换效率高让所需电池板减少,从而不仅缩小光伏发电系统的占地面积,而且能够降低电站使用的辅助材料,如支架、缆线的成本,安装电池组件所需的高昂人工成本也得以减少,使得高瓦数组件整体上更具备成本优势。

  市场研究机构EnergyTrend在2014年的一项研究中指出,未来1~2年中,高效组件技术中PERC、N型单晶等技术都是值得关注的重点。其中,PERC即射极钝化及背电极(PassivatedEmitterandRearCell),这种依靠增加光波吸收来提升电池的技术,其光电转换效率将达到21%,并能在有限的成本下明显提升电池的效率,但这款产品存在光衰。

  而转换效率达到22%的N-Type电池几乎没有光衰问题,可保持稳定的发电效率。但目前,N-type电池技术复杂,成本仍然远高于市场均价。

  值得注意的是,无论专家谈及的PERC,还是N型单晶,其被提出的条件都是——在产业化的前提下。

  作为一个新兴产业,光伏技术始终处于“两条腿走路”的状态。一个方向是沿着主流的技术路线、不断挖掘技术潜力,就像上面提及的高效组件。而另一个方向,就是实验室创新以寻求技术突破,并进行产业化尝试。但至少目前来看,现阶段实现革命性变化不太现实——在实验室光电转换效率达到21%的产品,做成实际组件后,因为损耗等问题尚未得到有效解决,实际转换效率仅有13.4%。

  可以想见,至少在未来几年中,光伏组件的主流技术不大可能来自实验室的新发明,更可行的路径是,在产业化的前提下,最大程度挖掘现有光电组件转化的潜力,并以此积累技术能力,在连续性的产品创新中孕育革命性的技术突破。

  智能逆变三级跳

  在光伏电站系统的构成中,除了成本中占比最高的光伏组件,最重要的就是逆变器。尽管其成本不到整电站体建设成本的8%,却是发电效率的保证。特别是在组件的转换效率提升时,光伏电站的其它设施可以照旧使用,而逆变器却需要随着组件变化而进行调整。

  过去,光伏逆变器的效率提升主要是通过系统优化及合理的软硬件配置来进行,比如集散式逆变器,其结合了组串式光伏逆变器和集中式光伏逆变器的优点,可将发电效率提高3%。

    但在2014年开始,互联网和智能化的概念进入光伏领域,光伏和通信技术出现了跨界融合——利用通信技术,实现简便高效地监控发电,全天候进行数据采集,并通过互联网自动上传到服务器。同时,用户可通过多种手机客户端访问网站,获取光伏电站运行等数据,挖掘逆变器效率提升的潜在能力。

    目前,已经有类似的通信技术进入试运行阶段,比如华为在黄河上游水电的大型地面光伏电站上,就使用了智能逆变系统,这种系统是通过无线宽带集群和多媒体运维系统,进行数据实时采集、云存储、大数据挖掘及在线分析,实现电站可自动体检,并给予电站及时的运维建议。

    当然,更多的企业已经不满于简单利用通信技术获取运维数据。目前,已经出现逆变器技术和互联网技术的结合,将通信的智能化升级为第三方光伏电站管理云平台。

    其中,最引人注目的就是2015年4月1日,逆变器龙头阳光电源宣布与“阿里云”达成战略合作协议,发布智慧光伏云“iSolarCloud”平台,该方案计划把数十万台太阳能电站,通过逆变器和通信系统,接入阿里云,建立标准化、精细化的运行维护管理平台,实现与互联网的结合。而据阳光电源的测算,云平台每年可通过智能化管理,提升光伏电站收益3%~7%。

    有业内人士认为,逆变器技术创新,还会进一步提升光伏在整个能源系统的地位,因为直到今天,人们对于光伏的理解,仍然就是目前的传统发电系统的补充。根据WorldwatchInstitute公布的数据,2013年光伏全球发电量可满足全球电力需求量的0.5%,而2014年,欧洲光伏发电占比也仅为3.5%。而未来,如果通过逆变器形成一个与其它能源系统互补的系统,光伏发电不再仅仅局限于就地消纳使用,其富余电力可以源源不断并入到纵横全国的大电网,实现与其他发电方式相得益彰的效果。

    “赶超模式”正当时

    有一条产业界的共识:新兴行业要实现快速发展离不开持续的技术创新,而企业是行业技术发展的重要推动力。但这条产业发展的铁律在中国的光伏行业似乎表现得并不明显。

    为什么企业宁肯固守现有技术老技术?在业内人士看来,光伏行业存在自己的特点——传统的东西不一定不好,新兴的东西也不一定站得住脚。特别是严重的产能过剩让产品价格狂跌,抑制了产品的研发投入。新技术在光电转换效率上没有特别的优势,但成本很高,对市场化程度较高的光伏产业来说,明智的选择并非大笔投资于新技术。

    而中国作为赶超型国家,一直以来所追求的并非全新技术的突破,追求新技术的突破,而是现行技术的完善。多年来,中国光伏产业的技术发展路径始终是“引进-吸收-消化-再创新”,也就是说,中国企业的技术能力主要体现在引进吸收再创新和集成创新,尽管尽管原始创新能力还有待提高,,但可以在现有技术路线的基础上,不断改良技术。所以,中国光伏产业的技术进步并没有更多的体现在技术复杂度很高的产业链上游,比如硅基提纯技术的突破等,而是通过不断更新技术密集的先进生产设备,改进生产工艺,提升生产能力,以完善现有技术路线。

    尽管中国企业已成为全球光伏市场最大的供应商,但从技术能力的角度看,中国光伏产业还难言处于国际技术前沿。但这并不意味着中国光伏产业的发展将会止步不前,相反,如果以现有技术的提升和改善为特征的高效光伏在未来几年成为产业技术演进的主要方向,中国光伏企业将会拥有更大的发展潜力。

    赶超型发展模式下成长起来的中国企业,在持续的技术学习过程中已经具备了完善现有主导技术的能力,通过改良技术的产业化,中国企业将会形成更强大的高性价比产品的生产能力。在“中国制造2025”的背景下,互联网公司、通讯企业等高科技企业等都开始尝试与光伏企业实现产业融合。这给光伏行业带来的不仅是新技术,更为重要的是把“互联网+”的新理念和新业态继续放大,成为光伏产品日趋完善的新动力,最终加快光伏平价上网的进程。

    (作者系对外经济贸易大学副教授)
责任编辑:Karen
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