觀冬奧·向未來丨冬奧會場館的玻璃會發電！央企自研新建筑材料助力綠色奧運

每經記者 李少婷    每經編輯 陳俊杰    

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

在2022年北京冬奧會項目建設中，中國工程院院士、中國建材集團（以下簡稱中建材）總工程師彭壽帶領團隊自主研發的碲化鎘（CdTe）發電玻璃，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、弱光也能發電，冬奧項目的應用吸引了外界對碲化鎘玻璃技術的關注。實際上，這一技術的市場前景備受認可，是近年來“跨界”研究的熱點領域。我國企業“十年磨一劍”終于自主研發成功，突破了國外企業的壟斷。當前，碲化鎘發電玻璃的市場拓展尚處于早期，我國主要有三家具備量產能力的企業，均在加大產能擴張的階段。

打破壟斷，中國企業自主研發碲化鎘薄膜弱光發電玻璃

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

作為新能源、新材料領域的科技創新成果，中建材旗下企業研制的大面積碲化鎘發電玻璃與中國空間站、C919國產大飛機、“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”科技創新成果展。

相關研發項目啟動于十余年前，技術的突破是在2017年，國資委官網當年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）生產的世界第一塊大面積碲化鎘薄膜弱光發電玻璃（注：常簡稱為碲化鎘發電玻璃）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80兆瓦碲化鎘薄膜弱光發電玻璃工業4.0示范生產線正式投產。

玻璃如何實現發電？人民日報社旗下中國經濟周刊官網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、相當于頭發絲的百分之一的碲化鎘光電薄膜，就能讓“玻璃”實現“變身”，成為可發電的建筑材料。

彭壽接受新華網采訪時指出，碲化鎘發電玻璃還具有弱光性能好、抗衰減等特點，早晚都可以發電，即便在弱光條件下也可通過光電轉化產生電能，原本的磚頭、幕墻等耗能材料被碲化鎘發電玻璃這種綠色可回收可發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電站。

在應用至冬奧場館之前，中建材的碲化鎘發電玻璃已在國內有不少示范案例。成都中建材官網列示了二十余個示范項目，遍布國內多地，包括南京大數據中心、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。

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

國家級行業期刊《玻璃》2021年第7期刊載的論文《國內外碲化鎘發電玻璃產業發展現狀分析》（以下簡稱論文）介紹，由于技術和資金壁壘極高，目前全球能夠量產碲化鎘薄膜太陽能電池的企業屈指可數，行業競爭格局十分清晰，目前全球能夠大規模量產碲化鎘薄膜太陽能電池的國外企業僅有美國First Solar（第一太陽能）一家，能夠穩定量產的有美國Toledo Solar和德國Calyxo兩家。

產業化起步，新型建筑材料有望走入千家萬戶

建筑光伏一體化（BIPV）是國內外科研機構、高校以及企業研究與產品開發的熱點，其中，碲化鎘發電玻璃最具競爭力和發展潛力。

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

成都中建材官網介紹，于2018年投產世界第一條大面積（1.92平方米）碲化鎘發電玻璃生產線，產品當年批量供應市場并實現盈利，目前已實現實驗室轉換效率20.24%，生產線轉化效率15.8%。

“碲化鎘發電玻璃是最有希望實現完全平價上網的新能源產品，在新型建筑材料及BIPV領域具有巨大的發展空間，是用科技創新推動供給側結構性改革的典范。”成都中建材在介紹該產品技術時特別指出。

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合就形成了碲化鎘發電玻璃）制造成本低，其簡單結構大大縮短了生產時間，使制造成本明顯下降，據相關企業數據顯示，碲化鎘發電玻璃從玻璃襯底的安裝到電池組件出貨的全流程生產時間小于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，容易生產單相材料，制備方法容易實施，有效降低了制造成本。

目前，國內主要有三家企業能夠實現量產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建，在2011年建成擁有完全自主知識產權的25 MW全自動碲化鎘薄膜太陽能電池組件生產線。中山瑞科由明陽智能（601615，SH）投資控股，該公司首條100MW生產線2018年在廣東中山投產。

從投產情況來看，目前我國公司正處于產能上升期，主要企業均在加大投資，開拓市場，國家也予以扶持。成都中建材官網顯示，碲化鎘發電玻璃生產線獲得國家發改委“增強國家制造業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-400105948