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薄膜太阳能电池 杀手级应用出笼

导读: 目前太阳光电的主流应用市场在于市电併网型应用,而太阳光电的主流技术为硅晶圆式,硅晶圆式太阳能电池占了所有太阳能电池九成以上的市占率。

   目前太阳光电的主流应用市场在于市电併网型应用,而太阳光电的主流技术为硅晶圆式,硅晶圆式太阳能电池占了所有太阳能电池九成以上的市占率。相较于硅晶圆式太阳能电池,薄膜太阳能电池虽然市占率仍偏低,但具备有以下特点:
  
  
   1.轻量(weight),重量轻,使用在建筑物上时可减轻建筑物负担。
  
  
   2.可製成可挠式(flexibility),容易与其他产品整合、可在非平面(如球型屋顶、弧形玻璃帷幕)上应用。
  
  
   3.低成本(cost),製造成本低,对消费者在安装时更具吸引力,在大规模大面积安装时更具优势。
  
  
   4.长效性(longevity),对温度耐受度较高、对光照度需求较低,累积发电量较高较不受环境因素影响。
  
  
   基于上述特点,薄膜太阳能电池在应用范围上比起硅晶圆式技术更为广泛,在市电併网型可以切入建材一体型太阳光电产品BIPV(如在非平面屋顶安装、玻璃帷幕等)及较不需考量使用面积的大型发电厂;同样在较不需考量使用面积的独立型发电,亦为有利于薄膜技术发展的市场;另外在特殊应用上,薄膜技术也可结合其他产品开发出更多高附加价值产品或是发展更多新用途,拓展利基市场也拓展整体太阳光电的应用普及。
  
  
   然而,薄膜太阳能电池因其转换效率低于硅晶圆式,所需发电面积较大,因此要切入目前主流的居住用併网型小型屋顶发电系统之安装,则需更致力于效率的提升。
  
  
   (一) 市电併网型,BIPV为主要应用市场:
  
  
   建材一体式太阳光电产品(BIPV)可在离网型与併网型使用,然而市电併网型的BIPV是成长最快的区块,包括住宅用与商用的BIPV。薄膜太阳能电池基于以上轻量、具可挠性可透光性、成本低廉、对环境耐受度较佳累积发电量较高等特点,创造了BIPV更多的新机会与可能性,一般认为,併网型BIPV将是薄膜太阳能电池最大的应用利基市场。目前已有许多薄膜太阳能电池製造商有推出专属应用于BIPV的产品,由于具多元化应用的潜力与尚无标准化产品的态势,此块市场目前并不是「大者恆大」(“winner takes all”)的寡占局面,对各薄膜太阳能电池製造厂商而言仍是个机会很大的市场。
  
  
   目前主力产品仍是与屋顶结合的产品,但与窗户、玻璃帷幕结合应用的产品也逐渐开发增加中,随着技术进步,未来也有可能发展出太阳能壁纸、涂料(PV wallpapers and paints)等更先进的商品。
  
  
   另外,薄膜太阳能电池亦可製成比硅晶圆技术透视率更高的「可透光(see-through)模组」,可以整合应用在建筑的玻璃、窗户(smart window)上,而不牺牲建筑向外看的景观,目前已有许多厂商能製作可透性(transmission)在10%以上的商品,例如Sharp宣称已有能力製作可透性10%、效率达9%的可透光a-Si薄膜模组。
  
  
   (二)市电併网型,併网式大型设施为另一潜力发展方向:
  
  
   目前併网式大型太阳能发电计画或设施,仍是以硅晶圆式技术为主,而许多薄膜太阳能技术厂商也尚未有足够产能来符合此类大型设施的需求。然而,许多併网式大型设施不似屋顶安装,对安装面积的考量较小,相对的因铺设范围更大对低成本的要求更殷切,此点对于效率偏低所需安装面积较大但製造成本较低的薄膜技术是具备发展潜力的。
  
  
   第一个应用薄膜模组在大型设施上的例子,是1992年时在美国加州Davis以9,600个a-Si模组安装成400kW的太阳能阵列(array),此后便陆续有应用薄膜模组在大型设施上的例子,例如Juwi集团将在德国的Saxony区兴建目前世界上最大太阳能发电厂,使用的便是First Solar的CdTe(碲化镉)薄膜太阳能模组。此电厂名为”Waldpolenz”,预计在2009年年底落成,届时可输出40MW的电力,电厂面积广达400,000㎡,使用550,000个薄膜太阳能模组,投资金额为1.3亿欧元,转换成每kW的发电成本则为3250欧元,大型的规模及使用薄膜模组使得此电厂的发电成本较德国市场平均价便宜了20-40%。
  
  
   同样为由Juwi集团在德国兴建Rote Jahne太阳能发电厂,则为目前最大的使用薄膜模组的太阳能发电厂,规模为6MW,投资金额为2,100万欧元,亦使用First Solar的CdTe薄膜太阳能模组,已于2007年3月开始营运。
  
  
   (三)离网应用型:较不受安装面积考量亦适合薄膜技术发展
  
  
   离网应用型太阳光电系统不同于市电併联型,并没有与当地电网(Local Utility''''''''s Electricity Network)作连结,通常需要蓄电池(Battery)来储备电力,应用在偏远地区为主。不若市电併联型多应用在人口稠密的都会区,对离网应用型的使用者来说,累积发电量、成本比起安装面积、转换效率来得更为重要,而对环境耐受度较佳、低製造成本的薄膜技术在此更可发挥优势。
  
  
   以离网乡村居住型太阳能居家系统(Solar Home System,SHS)为例,通常居住在偏远地区的居民收入普遍不高,对使用者而言,薄膜技术较低的安装成本优势使其可以更为容忍其较低效率;其次,会使用离网发电的居民大多居住在较温暖、中低纬度的气候,比起较易受纬度照度影响的硅晶圆式太阳能模组,薄膜技术的累积发电量较高。
  
  
   此外,在偏远地区运送上甚至多是仰赖动物或人力揹送,较轻量、较抗毁损的、或是可捲挠的薄膜模组在运送上也较为容易。另外,以太阳能发电抽水站(water pumping)为例,可以提供偏远地区居民乾淨的饮用水,此类抽水站使用的太阳能阵列(array)大多在1kW以下,在此规模下此时薄膜技术的低效率并不会造成太多的使用面积,而且在偏远地区使用面积并不是考量的优先重点,因此如印度有很多抽水站都是使用成本更低的硅薄膜(a-Si)太阳能模组。
  
  
   (四)其他特殊应用:薄膜技术具创新产品的潜力
  
  
   薄膜太阳能电池/模组因其轻量、可挠、多彩等特性,在创造新产品的潜力上优于硅晶圆式太阳能电池/模组,此点对于开创太阳光电新市场至为重要。
  
  
   最早的例子便是应用硅薄膜(a-Si)太阳能电池在计算机上,之后在消费电子领域陆续有结合应用薄膜太阳能电池的产品出现,例如耳机、收音机、温度计、手錶、闹钟、LED照明、感应灯、电池充电器等。
  
  
   除了起家的消费电子领域外,薄膜太阳能电池也正积极研发更多的可能性。例如应用在可抛弃式电子产品(Disposable Electronics)如射频识别(RFIDs)、智慧型包装(Smart Package)、智慧卡(Smart Cards)等需要非常低廉电力的产品;或是为了功能或美观的服饰应用(Wearables),并可延伸应用在帐篷、窗帘、百叶窗等,太阳光电可被视为服饰上的充电器、电力的来源,如美国厂商Konarka便与Textronics合作开发布料太阳能电池(Power-Generating Wearable Electronics)。
  
  
   此外,应用在军事与防救灾用途上,如美国军方一直都有资助相关厂商(如Konarka)开发应用军事用途的太阳能产品,而军方也可被视为一块独特的利基市场,军方对产品需求以功能性取胜,对新产品的接受度高,对价格的要求相对不若商业市场强。


   (编辑:xiaoyao)

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