碲化镉光伏发电建材助力建筑“碳中和”

2022-12-14吴奔

城市建筑空间 2022年11期

吴奔，龙焱能源科技（杭州）有限公司创始人，CEO，哥伦比亚大学商学院MBA，管理专家，曾就职于国际著名的全球战略咨询公司麦肯锡及多家风险投资公司，主导过多家国际企业并购案，拥有丰富的战略咨询及管理经验。2004年参与联想对IBM全球PC业务的收购。其与归国科学家组成的研发团队不懈努力，先后完成碲化镉薄膜太阳能电池产业化研究的实验线、中试线，并最终建设完成我国第一条具有完全自主知识产权的碲化镉薄膜太阳能电池组件生产线。

随着我国“碳达峰”“碳中和”目标的提出，各行各业向绿色低碳转型。建筑作为碳排放大户，无疑成为推动“双碳”目标实现的重要影响因素。在此背景下，建筑行业绿色转型发展使太阳能建筑一体化迎来新的发展机遇。《城市建筑空间》杂志就“双碳”背景下的太阳能光伏建筑一体化发展现状及趋势采访了龙焱能源科技（杭州）有限公司（以下简称龙焱能源）创始人吴奔先生。

机遇与挑战并存

UAS：在“双碳”目标下，建筑实现“碳中和”已成为重点任务。基于此，您认为我国光伏建筑一体化将迎来怎样的发展机遇？

吴奔：在我国“双碳”目标背景下，建筑行业的节能降碳是重中之重。建筑行业必须大力发展绿色建筑，有效降低建筑能耗，使建筑从“高能耗建筑”向“低能耗建筑”“近零能耗”，甚至“产能建筑”升级，助力我国能源结构转型及建筑行业绿色低碳发展。由此，光伏建筑一体化(BIPV)成为实现这一重大目标的关键路径。

2021年5月，住建部等部委联合发布《关于加强县城绿色低碳建筑的意见》（建村2021〔45〕号），明确大力发展绿色建筑和建筑节能。2021年9月GB 55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》发布，并于2022年4月1日起实施。这是建筑节能与可再生能源利用领域唯一一本全文强制性国家标准，其中明确要求“新建建筑应安装太阳能系统”，建设项目的可行性研究报告、建筑方案和初步设计文件应包含建筑能耗、可再生能源利用及建筑碳排放分析报告，在项目不同阶段需进行碳排放计算分析。

在政策推动下，建筑领域必将掀起光伏利用的新高潮。目前，我国光伏建筑一体化产业规模尚不足50亿，这使光伏建筑一体化（BIPV）具有广阔的发展前景。我国既有居住建筑面积总量已超600亿m2，既有工业厂房面积高达200亿m2，这是10万亿级的BIPV潜在市场。此外我国每年建筑业竣工面积约40亿m2，若5%用BIPV替代，仅此一项就有1000亿元市场。

UAS：光伏与建筑相结合应关注哪些问题？这些问题对光伏应用会产生哪些影响？

吴奔：太阳能建筑一体化主要适用于厂房屋顶、居民屋顶、家用太阳能热水器及部分幕墙外立面。基于技术、美观、透光度、成本、定制化等因素，房地产及建筑设计师在开发设计项目时大都拒绝或避免大量使用光伏产品，导致出现“光伏不喜欢城市，城市也排斥光伏”的现象。

光伏与建筑的结合不应仅考虑光伏装机量，还需考虑光伏发电建材与建筑设计、城市环境风貌、区域文化元素等的关系。应利用光伏发电建材可灵活定制颜色、图案、尺寸、形状、结构厚度、透光度等优势，将光伏建材产品融入建筑设计。光电建材需满足“安全、好看、好用、耐用、经济”五大条件，与常见光伏电站中的光伏组件相比，建筑中应用的光电建材产品要求更高。光电建材产品在满足安全的前提下，既要满足业主、建筑设计师对美观、透光度、尺寸等方面的要求，又要坚固耐用，具备较强的发电能力和经济性。但若同时满足以上要求，难度较大。

研发与应用并重

UAS：据悉，龙焱能源长期专注于碲化镉薄膜电池技术和光伏发电建材产品研发生产，请问碲化镉光伏发电建材的优势何在？

吴奔：龙焱能源自2014年布局BIPV以来，致力于研发迭代光伏发电建材产品。如碲化镉光伏发电建材，其“天生”具有发电能力强，安全性能高，可根据不同需求灵活定制颜色、图案、形状、尺寸、厚度、透光度等属性，在BIPV项目中的应用逐渐增多（见图1～3）。

1 碲化镉光伏发电建材在建筑中的各类应用场景

2 杭州国家版本馆光伏连廊

3 嘉兴科创中心透光光伏幕墙

从建造成本来看，光电建筑的成本可动态变化，随着时间延续，其成本基于发电收入逐渐降低，甚至在建筑全生命周期内出现零成本或负成本；普通建筑只能依靠折旧回收成本。以北京某商业建筑为例，根据北京光照情况和电价测算得知，光伏采光顶增量投资成本静态回收期约5年，光伏幕墙增量投资成本静态回收期约8年，这已与屋顶光伏电站投资回收期相差无几。未来，随着碲化镉光伏发电玻璃建材成本逐渐下降，BIPV项目成本将与光伏电站趋同，实现平价上网。

UAS：建筑中使用的碲化镉发电玻璃通常为何种结构？

吴奔：按行业规范要求，建筑立面幕墙或采光顶使用的玻璃为夹胶钢化玻璃或带中空的夹胶钢化玻璃，常规光伏电站组件为单玻或双玻结构，无法满足建筑行业规范及安全要求。建筑设计千差万别，其对建材的要求也各不相同，光伏发电建材为满足建筑设计要求，定制化程度较高。

碲化镉发电玻璃若用于光伏电站，通常为3.2mm发电基板玻璃+3.2mm背板玻璃夹胶结构；若用于建筑则需根据设计要求确定，通常采用夹胶钢化玻璃或带中空的夹胶钢化玻璃结构，如对隔热保温性能要求较高，可采用真空结构，但成本略高。

UAS：碲化镉薄膜电池有哪些技术优势？

吴奔：碲化镉薄膜电池优势明显，具体如下所述。

1）碲化镉产业链较短。仅300m的碲化镉光伏组件全自动生产线即可实现原材料光伏玻璃磨边清洗→化合物半导体薄膜制备→光伏组件成品封装测试的完整生产流程。

2）碲化镉组件的碳足迹数值较低。当前晶硅PERC组件的碳足迹数值约600gCO2eq/W，龙焱碲化镉薄膜光伏组件经中国国检的评估认证，其碳足迹数值为366gCO2eq/W。原因在于碲化镉薄膜电池仅几微米，可大幅节约原料；产业链较短，可大幅降低能耗；组件封装工艺简便，可降低生产能耗。

3）碲化镉的禁带宽度为1.45eV，是与地面太阳能光谱最匹配的太阳能电池吸收层材料。

4）碲化镉是直接带隙材料。其吸收系数较高，约为硅材料的100倍。

5）温度系数低。碲化镉禁带宽度高于晶硅，温度系数约为晶硅的1/2，夏季组件温度可超65℃，故碲化镉薄膜组件因温度升高造成的功率损失较晶硅组件减少10%。

6）热斑效应小。碲化镉薄膜组件采用长条电池设计，减少了热斑效应，在提高发电能力的同时改善了产品寿命和安全性。

7）色彩均匀，美观大方。大面积碲化镉薄膜组件色彩均匀且美观，整体感强，适用于对美观要求较高的建筑。

8）发电效率高。碲化镉电池理论极限转换效率为32%～33%，目前小面积电池光电转换效率世界纪录为22.1%，龙焱碲化镉组件光电转换效率为19.0%，可见其具有较大的提升空间。

9）定制化程度高。龙焱能源特有的生产工艺可根据不同需求灵活定制建材的颜色、图案、形状、尺寸、透光度等，逐步实现在建筑中用光伏发电建材替代传统建材的转型目标。

UAS：如何让更多建筑师更深入地了解光伏产品？

吴奔：当前，很多建筑师对光伏产品的印象仅停留在蓝色或黑色晶硅光伏板阶段，无论是色彩外观、分格尺寸、结构厚度，还是透光度、安全性、热工系数等方面，建筑师皆较为排斥，但品类丰富的碲化镉光伏发电建材产品及其应用案例逐渐吸引了设计师的眼球。

光伏产品要想与建筑行业及建筑师产生联系，首先需要研发生产可满足建筑行业要求的光伏发电建材产品；其次是光伏产品应在建筑行业展会及论坛活动中多亮相，使更多建筑师看到产品实物，了解产品的技术性能；第三，光伏产品应实现不同场景的项目应用，就其代表性项目、安装方式、发电节能效果、经济性等内容也需经常与建筑师交流分享，使建筑师直观了解光电建材产品的应用效果。

市场未来可期

UAS：在光伏建筑一体化（BIPV）应用领域，龙焱能源有怎样的规划布局？

吴奔：在“双碳”政策和建筑行业绿色低碳发展政策的驱动下，BIPV市场正快速崛起。基于此，龙焱能源依托于核心自主的碲化镉薄膜太阳能电池技术、丰富的光伏发电建材产品及行业领先的生产制造优势，在光伏建筑一体化领域呈现市场领先之势。

龙焱能源作为我国率先实现碲化镉薄膜太阳能电池技术产业化的企业，历经14年发展，已拥有国产化设备的碲化镉薄膜太阳能电池产业化综合研究能力及自主知识产权，包括建立实验线、中试线及3条已实现组件满产的生产线。实验室电池效率及产线组件效率稳定提升，每年可提升0.7%～1.0%。目前实验室电池转化效率已接近21%，标准组件转化效率为15%～16%，最高可达17%。

龙焱能源自主研发的新一代高效碲化镉薄膜标准光伏组件最高输出功率达123.73W，即全面积光电转换效率达17.19%，实验室小面积电池转换效率获得突破，达20.61%，不仅刷新了国内量产碲化镉光伏组件的转换效率，同时也表明龙焱能源已进入碲化镉薄膜太阳能电池研发制造的国际先进行列。我们已开发出诸多适用于不同建筑应用场景的碲化镉薄膜光伏发电建材产品，如建筑立面光伏墙、透光产品、仿石材、仿木材、仿金属板产品，以及最新研发生产的金属镀膜产品；建筑屋顶的光伏瓦、透光发电玻璃建材；以及光伏地砖、光伏栏杆等。产品的颜色图案、形状尺寸、厚度、透光度皆可根据建筑需求定制。

龙焱能源的碲化镉光伏建材产品已在国内外诸多BIPV项目中成功应用（见图4～7），如世园会中国馆、杭州国家版本馆、雄安商务中心、嘉兴火车站、广州美术馆、顺丰鄂州机场、大同未来能源馆、迪拜世博会瑞典国家馆等，受到建筑行业的广泛好评。