觀冬奧·向未來丨冬奧會場館的玻璃會發(fā)電！央企自研新建筑材料助力綠色奧運

每經(jīng)記者 李少婷    每經(jīng)編輯 陳俊杰    

建筑物也能成為發(fā)電站，神奇的轉(zhuǎn)換得益于“碲化鎘發(fā)電玻璃”的應用，這一新型建筑材料兼具藝術(shù)性與實用性，實現(xiàn)了科技與綠色的完美融合。

在2022年北京冬奧會項目建設(shè)中，中國工程院院士、中國建材集團（以下簡稱中建材）總工程師彭壽帶領(lǐng)團隊自主研發(fā)的碲化鎘（CdTe）發(fā)電玻璃，分別應用于國家速滑館和張家口冬奧會場館BIPV建筑一體化項目，以及赤城奧運走廊項目中。

制造成本低、弱光也能發(fā)電，冬奧項目的應用吸引了外界對碲化鎘玻璃技術(shù)的關(guān)注。實際上，這一技術(shù)的市場前景備受認可，是近年來“跨界”研究的熱點領(lǐng)域。我國企業(yè)“十年磨一劍”終于自主研發(fā)成功，突破了國外企業(yè)的壟斷。當前，碲化鎘發(fā)電玻璃的市場拓展尚處于早期，我國主要有三家具備量產(chǎn)能力的企業(yè)，均在加大產(chǎn)能擴張的階段。

打破壟斷，中國企業(yè)自主研發(fā)碲化鎘薄膜弱光發(fā)電玻璃

碲化鎘發(fā)電玻璃將太陽能發(fā)電與與大面積的玻璃立面、門窗相結(jié)合，被譽為“掛在墻上的油田”。

作為新能源、新材料領(lǐng)域的科技創(chuàng)新成果，中建材旗下企業(yè)研制的大面積碲化鎘發(fā)電玻璃與中國空間站、C919國產(chǎn)大飛機、“九章”量子計算機、“奮斗者”號全深海載人潛水器等，于去年10月一起亮相國家“十三五”科技創(chuàng)新成果展。

相關(guān)研發(fā)項目啟動于十余年前，技術(shù)的突破是在2017年，國資委官網(wǎng)當年9月披露，中建材旗下成都中建材光電材料有限公司（以下簡稱成都中建材）生產(chǎn)的世界第一塊大面積碲化鎘薄膜弱光發(fā)電玻璃（注：常簡稱為碲化鎘發(fā)電玻璃）在四川成都成功下線，標志著中國首條具有國際先進水平的年產(chǎn)80兆瓦碲化鎘薄膜弱光發(fā)電玻璃工業(yè)4.0示范生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。

玻璃如何實現(xiàn)發(fā)電？人民日報社旗下中國經(jīng)濟周刊官網(wǎng)2018年1月有過形象的報道：通過在絕緣的半導體玻璃上，均勻涂抹僅4微米厚、相當于頭發(fā)絲的百分之一的碲化鎘光電薄膜，就能讓“玻璃”實現(xiàn)“變身”，成為可發(fā)電的建筑材料。

彭壽接受新華網(wǎng)采訪時指出，碲化鎘發(fā)電玻璃還具有弱光性能好、抗衰減等特點，早晚都可以發(fā)電，即便在弱光條件下也可通過光電轉(zhuǎn)化產(chǎn)生電能，原本的磚頭、幕墻等耗能材料被碲化鎘發(fā)電玻璃這種綠色可回收可發(fā)電的多功能建筑材料替代，加上儲能后，建筑物就成了一個發(fā)電站。

在應用至冬奧場館之前，中建材的碲化鎘發(fā)電玻璃已在國內(nèi)有不少示范案例。成都中建材官網(wǎng)列示了二十余個示范項目，遍布國內(nèi)多地，包括南京大數(shù)據(jù)中心、麗江水泥廠外立面改造項目、山西省政府大樓改造項目、成都雙流國際機場T2航站樓屋頂及幕墻等。

國資委官網(wǎng)文章稱，碲化鎘發(fā)電玻璃技術(shù)的突破，標志著中國建材不僅掌握了全球領(lǐng)先的大面積碲化鎘發(fā)電玻璃自主核心技術(shù)，而且也打破了國外巨頭的壟斷。

國家級行業(yè)期刊《玻璃》2021年第7期刊載的論文《國內(nèi)外碲化鎘發(fā)電玻璃產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析》（以下簡稱論文）介紹，由于技術(shù)和資金壁壘極高，目前全球能夠量產(chǎn)碲化鎘薄膜太陽能電池的企業(yè)屈指可數(shù)，行業(yè)競爭格局十分清晰，目前全球能夠大規(guī)模量產(chǎn)碲化鎘薄膜太陽能電池的國外企業(yè)僅有美國First Solar（第一太陽能）一家，能夠穩(wěn)定量產(chǎn)的有美國Toledo Solar和德國Calyxo兩家。

產(chǎn)業(yè)化起步，新型建筑材料有望走入千家萬戶

建筑光伏一體化（BIPV）是國內(nèi)外科研機構(gòu)、高校以及企業(yè)研究與產(chǎn)品開發(fā)的熱點，其中，碲化鎘發(fā)電玻璃最具競爭力和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

前述中國經(jīng)濟周刊官網(wǎng)報道做過計算，中國目前共有400億平方米建筑，如果用碲化鎘發(fā)電玻璃改造其中的10%，那就相當于建設(shè)3個三峽水電站。而且，碲化鎘發(fā)電玻璃設(shè)計壽命高達30年，預計6年內(nèi)就能完全收回成本。

成都中建材官網(wǎng)介紹，于2018年投產(chǎn)世界第一條大面積（1.92平方米）碲化鎘發(fā)電玻璃生產(chǎn)線，產(chǎn)品當年批量供應市場并實現(xiàn)盈利，目前已實現(xiàn)實驗室轉(zhuǎn)換效率20.24%，生產(chǎn)線轉(zhuǎn)化效率15.8%。

“碲化鎘發(fā)電玻璃是最有希望實現(xiàn)完全平價上網(wǎng)的新能源產(chǎn)品，在新型建筑材料及BIPV領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展空間，是用科技創(chuàng)新推動供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的典范。”成都中建材在介紹該產(chǎn)品技術(shù)時特別指出。

論文也指出，碲化鎘薄膜太陽能電池（注：碲化鎘薄膜太陽能電池與半導體玻璃結(jié)合就形成了碲化鎘發(fā)電玻璃）制造成本低，其簡單結(jié)構(gòu)大大縮短了生產(chǎn)時間，使制造成本明顯下降，據(jù)相關(guān)企業(yè)數(shù)據(jù)顯示，碲化鎘發(fā)電玻璃從玻璃襯底的安裝到電池組件出貨的全流程生產(chǎn)時間小于2.5小時。

另外，碲化鎘薄膜太陽能電池理論上吸收層厚度在幾個微米左右，原材料消耗極少，因而碲化鎘電池制造成本較低。最后，碲化鎘屬于簡單的二元化合物系統(tǒng)，容易生產(chǎn)單相材料，制備方法容易實施，有效降低了制造成本。

目前，國內(nèi)主要有三家企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)碲化鎘薄膜太陽能電池，除了參與前述成都中建材外，還有龍焱能源科技（杭州）有限公司（以下簡稱龍焱能源）和中山瑞科新能源有限公司（以下簡稱中山瑞科）。

其中，龍焱能源由國際光伏專家吳選之教授等人創(chuàng)建，在2011年建成擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的25 MW全自動碲化鎘薄膜太陽能電池組件生產(chǎn)線。中山瑞科由明陽智能（601615，SH）投資控股，該公司首條100MW生產(chǎn)線2018年在廣東中山投產(chǎn)。

從投產(chǎn)情況來看，目前我國公司正處于產(chǎn)能上升期，主要企業(yè)均在加大投資，開拓市場，國家也予以扶持。成都中建材官網(wǎng)顯示，碲化鎘發(fā)電玻璃生產(chǎn)線獲得國家發(fā)改委“增強國家制造業(yè)核心競爭力重大工程”專項支持1.59億元。明陽智能2021年半年度報告顯示，其碲化鎘薄膜電池組建建筑一體化應用示范項目計入當期損益的政府補助超過百萬元。

封面圖片來源：攝圖網(wǎng)-400105948