钙钛矿电池优势及降本空间如何?

最佳答案 匿名用户编辑于2024/04/10 11:09

钙钛矿电池投资成本低、产能成本低、降本空间大、生产效率高,竞争优势足。

单结钙钛矿电池投资成本优势明显,单 GW 投资成本仅为晶硅电池的一半。据协鑫光电 披露,以 1GW 产能需要的投资金额来对比,晶硅的硅料、硅片、电池、组件全部加起来, 需要大约 9.6 亿元的投资规模,其中晶硅电池生产中硅料厂的投资成本约 3.45 亿元,硅 片厂的投资成本为 4 亿元,电池片厂和组件厂的投资成本分别为 1.5 亿元和 0.65 亿元; 而钙钛矿实现 1GW 产能需要的投资金额仅约为 5 亿元左右,是同级别晶硅电池生产成 本的 1/2 左右,对比第二代 GaAs 薄膜太阳能电池,成本约为其 1/10。

单结钙钛矿电池 5-10GW 级别量产后产能成本仅为晶硅电池 1/2。

钙钛矿电池材料成本低拉低综合成本水平。据协鑫光电数据,单片组件成本结构中, 钙钛矿占比约为 5%,玻璃、靶材等占到另外的 2/3,钙钛矿 5-10GW 级别量产总成 本约为 5 毛-6 毛钱,是晶硅极限成本的 50%。

钙钛矿电池产业链垂直一体,涉及生产设备少,生产效率更高。钙钛矿电池产业链 明显短于晶硅电池产业链,钙钛矿厂输入化工原料、玻璃、靶材、封装胶膜、接线 盒,输出直接为组件。根据协鑫光电透露,100MW 单一钙钛矿电池工厂,从玻璃、 胶膜、靶材、化工原料进入,到组件成型,总共只需 45 分钟。而对于晶硅来说,硅 料、硅片、电池、组件需要四个以上不同工厂生产加工,倘若所有环节无缝对接, 一片组件完工需要三天左右的时间,用时差异很大。

钙钛矿电池设备摊销费用低,生产过程简单,后续降本空间大。钙钛矿涉及生产环 节少,生产设备少,设备摊销费用低,且产业链短更易维护,后续有望通过规模量 产降本。

钙钛矿电池能耗成本低。从能耗看,每 1W 单晶组件制造的能耗,约为 1.52kWh, 而钙钛矿组件能耗为 0.12kWh,单瓦能耗只有晶硅的 1/10。

理论测算中,钙钛矿/晶硅叠层组件生产成本低于 PERC 电池片。2020 年德国弗劳恩霍 夫太阳能研究所的研究报告基于 PERC、TOPerc、TOPCon 和异质结四个硅底部电池,结 合透明导电复合层(ReCo)及隧穿层(SIT)概念,对所有与钙钛矿串联的叠层电池概念进行成本测算,由于减少步骤,PERC、TOPerc、TOPCon 底电池制造成本均低于目前主 流的 PERC 电池片。

钙钛矿原材料用量少,占比仅 3%,不存在原材料卡脖子问题,并避免材料稀缺性涨价。 钙钛矿制作过程无需硅料,制作金属卤化物钙钛矿所需原材料储量丰富,价格低廉。硅 片厚度通常为 180 微米,而钙钛矿组件中,钙钛矿层厚度大概是 0.3 微米,相差三个数 量级。从钙钛矿组件成本结构占比来看,成本构成最多的是玻璃及其他封装材料,达 34%, 而钙钛矿自身的材料成本占比仅为 3.1%。而且钙钛矿生产过程中的能耗比较低,多数环 节也无需真空环境,未来仍有较大的降本空间。

从 LCOE 角度,单结和多结钙钛矿电池整体度电成本较低。从 2018 年陈棋发布《钙钛 矿叠层光伏技术成本分析》看,在四种太阳能电池(PERC 多晶硅电池、单结钙钛矿电池、 钙钛矿/晶硅叠层电池、钙钛矿/钙钛矿叠层电池)的转换效率分别设定为 21%、19%、 25%和 23%,系统寿命统一假设为 20 年下,实验室内四个太阳能电池 LCOE 分别为: 5.50$/KWh、4.34$/KWh、5.22$/KWh、4.22$/KWh。钙钛矿电池的材料成本要低于多晶 硅电池,使得单结和多结钙钛矿电池的整体度电成本得以降低。

叠层技术可助力降低LCOE。2020年德国弗劳恩霍夫太阳能研究所的研究报告基于PERC, TOPCon 和异质结四个硅底部电池,分析不同叠层电池在地面电站与分布式电站应用上 的 LCOE,发现与传统 PERC 电池相比,所有叠层概念都会产生明显更低 LCOE,有望将 LCOE 降低约 11%。即通过钙钛矿叠层技术,太阳能电池的度电成本还将有所下降。

未来发展中,钙钛矿电池降本空间大。

单结钙钛矿转换效率已达 25.7%,转换效率提高,LOCE 可做到更低。钙钛矿是直 接带隙材料,吸光能力远高于晶硅,目前实验室单结钙钛矿转换效率已达 25.7%, 全钙钛矿叠层电池转换效率已达 28.0%,钙钛矿-硅串联电池的实验室最佳转换效 率为 32.5%,转换效率已提高,LOCE 可做到更低。

钙钛矿电池寿命可达 30 年。2021 年 2 月纤纳光电科技宣布,其自主研发的钙钛矿 量产组件顺利通过了基于 IEC61215 标准的稳定性加严测试,可保持 30 年稳定性, 即使转换效率和 PERC 组件相当,也能降低太阳能度电成本(LCOE)至 0.2 元。

钙钛矿温度系数绝对值低于晶硅两个量级,受温度影响低,实际发电效率高于晶硅。 晶硅组件的温度系数是-0.3 左右,这意味着,温度每上升 1 度,功率会下降 0.3%。 也就是说,如果出厂标定是 20%的效率,在实际应用场合,当温度升到 75 度,效 率大约就只剩 16%、17%。钙钛矿的温度系数为-0.001,非常接近于 0,因此它的 实际发电效率就会显著高于晶硅。

钙钛矿为人工合成,可选原材料范围广,材料降本可能性大。2018 年陈棋发布《钙 钛矿叠层光伏技术成本分析》,表示材料成本对于平准化度电成本的影响较大,而设 备成本的变化几乎不影响系统的平准化度电成本。考虑到钙钛矿可人工合成,可选 原材料范围广,所以材料降本可能性大。