未来可期！美国太阳能产业格局：挑战、增长和钙钛矿潜力
发布日期：2023/11/3
美国太阳能市场正在蓬勃发展。
得益于《通货膨胀削减法案》(IRA)中规定的财政激励措施等多种因素，2023年，美国太阳能行业的新光伏电力装机容量将达到历史性的32GW，同比增长52%。
在许多方面，这只是需求的冰山一角。在非太阳能家庭中，67%的家庭表示有兴趣使用太阳能解决方案，他们认为，降低电费是目前考虑太阳能电力的首要因素。
对于美国以及太阳能技术的未来发展，Caelux公司首席执行官Scott Graybeal表示，在利用钙钛矿使太阳能更强大、更具成本效益，从而实现下一代太阳能创新领域，Caelux是一家先驱公司。
他表示，太阳能已不再是新鲜事物。它是一种被广泛接受的技术，已融入能源组合中，而且还有发展空间。对于环境、经济和社区来说，这都是好消息。同时，这也要求我们继续创新，推动这项技术向前发展，使太阳能比以往任何时候都更实用、更经济、更多样化。
在这一方面，未来几年，钙钛矿材料在太阳能电力提升方面具有巨大的潜力。
当今的太阳能市场主要由硅基光伏技术组成，硅基光伏技术常见于屋顶太阳能和大型太阳能电站。
太阳能是更广泛的气候技术解决方案组合的一部分。这些技术包括风能(陆地和近海)、按需捕获和分配可再生能源电力的创新储能技术，以及用于高效输送绿色能源的电网强化技术。
除了输电升级外，所有这些技术都有一个共同的核心需求：可负担的大规模绿电。
这就为钙钛矿创造了市场机遇。钙钛矿是一类合成纳米材料，可生产低成本、高效率的太阳能设备，使传统硅组件的功能更加强大。
钙钛矿的优势在于生产成本低、加工温度低(因此生产过程中的能耗较低)以及与自动化、简化的制造工艺的兼容性。从本质上讲，钙钛矿能以经济实惠的价格提供功能强大的太阳能解决方案。
从长远来看，钙钛矿很可能会取代硅，成为光伏的首选材料。这种转变可以帮助我们避免供应链中的道德用工问题和漫长的碳密集型运输。钙钛矿的主要障碍是其耐久性，但Caelux等公司和各种全球研究实验室正在证明，这与其说是一个根本性的限制，倒不如说是一个工程问题。有了这些进步，我们可以预见的是，未来十年，美国的太阳能项目成本将大大降低。
因此，它们的潜力已扩展到电动汽车、卫星、建筑一体化太阳能应用、物联网(IoT)设备以及许多其他应用领域。
正如《麻省理工新闻》所解释的那样，"钙钛矿有望制造出可以轻松沉积到大多数表面(包括柔性表面和纹理表面)的太阳能组件。"
此外，它还能在农村电气化方面发挥关键作用。
由于具备紧凑型制造的潜力，钙钛矿预示着未来小型自动化工厂可以被运往全球未能获得充分服务的地区。这些工厂的组件可能只有海运集装箱那么大，可以利用当地原材料生产价格低、效率高的太阳能组件。
这样的愿景表明，太阳能系统将从持久但复杂的太阳能系统转变为更经济实惠、可在本地生产且易于安装的替代品，而且不受复杂供应链的束缚。
然而，大规模量产和使用仍存在障碍，需要继续开发才能使钙钛矿具备与光伏和其他太阳能产品的商业竞争力。
大规模钙钛矿的挑战
采用钙钛矿的主要障碍在于我们的集体决心。
2005年到2015年(被一些人称为"清洁技术1.0"和"光伏2.0"时期)的重心是光伏创新。大量资本流入这一领域，但许多假设被证明是错误的。
晶硅(C-si)，尤其是来自中国的晶硅确立了主导地位，而碲化镉(CdTe)太阳能则在一定程度上占据了次要地位。晶硅把其他一切都挤到了一边，许多其他投资由于多种因素蒙受损失，特别是对薄膜硅和铜铟镓硒的投资。
-物理障碍：与晶硅相比，铜铟镓硒和薄膜硅的效率提升空间有限，这使得成本效益成为投资重点，而成本效益又因需要复杂的设施和昂贵的资本设备而大打折扣。
-资本设备成本高：最先进的交钥匙薄膜硅产能的资本设备成本为每瓦特1.00美元，对于极具竞争力的生产项目而言，成本可能低至每瓦特0.85美元——这还未考虑工厂的因素。在100MW规模上，最先进的铜铟镓硒生产线的成本约为每瓦0.70美元。
相比之下，中国的晶硅产业一直在不断降低成本，如今的硅片-组件成本已远低于每瓦0.15美元(有些人将多晶硅生产也计算在内)。
-否认：许多业内人士要么低估了中国的进步，要么选择了否认。
中国组件和硅料价格的暴跌令美国和欧洲制造商大吃一惊，集中式光伏和薄膜的发展前景一落千丈。
与其哀叹中国光伏生产商的成功，不如承认他们巧妙地利用了赖特定律：随着累计产量的增加，成本会以固定比率下降。
对于晶硅光伏来说，这一比率约为15%。累计产量每翻一番，成本就会下降15%(有些资料说是10%，有些说是20%)。利用这一知识，中国的国家和地方政策、充裕的资金和强大的国内供应链使其站在了光伏创新的顶峰。正如预测数据表明的那样，中国的制造商超越了西方，生产得更多，学得更快。
不过，对于钙钛矿来说，前景依然光明：
-克服物理障碍：与以往的薄膜技术相比，钙钛矿没有效率上限的限制。单结和叠层钙钛矿电池的理论效率分别约为33%和38%。虽然挑战依然存在，但这些都是工程上的障碍，而不是科学上的障碍。值得注意的是，根据Caelux的观察，钙钛矿的学习率与晶硅相似，并且与关键性能参数相关。
-经济实惠的资本设备成本：与以往的薄膜技术相比，钙钛矿所需的投资要少得多。在500MW规模上，钙钛矿加工设备的成本约为0.05美元/Wp，远低于传统技术每瓦0.70美元-1.00美元的成本，通过比较和加快投资回收期降低了投资者的风险。
-明智方法：当下行业的信息更加灵通，密切关注全球竞争，秉承了Andy Grove"只有偏执狂才能生存"的智慧。公司和政府需要抓住机遇、迅速行动，同时有意识地关注海外竞争对手的进步。
技术挑战只是成功实施的暂时障碍。在许多方面，真正缺失的是领导力。
如何实现钙钛矿技术的领先地位
钙钛矿纳米材料处于光伏技术的最前沿。必须指出的是，西方企业面临着来自全球资源丰富、技术先进的竞争对手的激烈竞争。这不仅不会让我们感到畏惧，反而会激励我们更加努力。目前已有证据表明，钙钛矿组件能够以较低的成本高效发电。有了这一基础，西方的钙钛矿生产商就能从战略上加快这一技术的发展：
-全球路线图意识：我们必须认识到并适应全球技术进步的格局。许多钙钛矿企业和西方政策制定者都满足于开发小于一平方米的设备，而这只是四端叠层或单结应用的可行商业应用所需尺寸的一半。随着全球竞争方向商业规模迈进，美国和欧洲的公司需要迅速从实验室扩展到工厂。
-促进实际测试：通过政府资助和独立的测试设施，支持在户外测试钙钛矿组件，同时推动在第三方资助的太阳能项目中进行试点测试，这一点至关重要。
-优先考虑技术教育：我们的行业需要精通机电一体化、物流和工厂运营的工作岗位。这些岗位利润丰厚，将推动以制造业为重点的经济模式的更新。
此外，完善移民政策将确保我们吸引和留住顶尖人才，促进创新。
钙钛矿代表着下一个重大创新。机遇就在眼前，是时候抓住它了。
来自：PV-Tech每日光伏新闻
