As baterias de perovskita podem se tornar um novo favorito na indústria fotovoltaica?
Em 16 de junho do ano passado, a revista Science informou que a Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, desenvolveu a primeira célula solar de perovskita 2D comercialmente viável. A equipe espera que seus equipamentos operem por cerca de 30 anos além dos padrões da indústria. Se a produção em massa puder ser alcançada, espera-se que o problema de estabilidade das baterias de perovskita seja fundamentalmente resolvido. Se esta tecnologia puder ser realmente implementada, combinada com as vantagens de alta eficiência e baixo custo das baterias de perovskita, o mercado de componentes de perovskita será ilimitado. Porém, no campo das células fotovoltaicas de perovskita, conhecida como “tecnologia de células fotovoltaicas de terceira geração”, quem poderá entrar no mercado no futuro depende de qual linha de produção poderá ser colocada em operação em larga escala.
Por que é carboneto de cálcio?
Nos últimos anos, a indústria fotovoltaica da China passou por um período de alta luminosidade, entre os quais a mais atraente são as baterias de silício cristalino. Hoje em dia, espera-se que a situação em que as baterias de silício cristalino dominam o mundo seja quebrada pela perovskita de "tecnologia de células fotovoltaicas de terceira geração". Por que a tecnologia das baterias de carboneto de cálcio foi a primeira a surgir? Em comparação com as baterias de silício cristalino, as células fotovoltaicas de perovskita mostraram um progresso significativo na redução de custos e na melhoria da eficiência. Em outras palavras, a perovskita atende aos requisitos fundamentais de desenvolvimento para reduzir custos e aumentar a eficiência na indústria fotovoltaica.
Em termos de melhoria da eficiência, as células fotovoltaicas de perovskita fizeram progressos notáveis nos últimos anos. A eficiência máxima das células solares do tipo perovskita de junção única é atualmente de 25,7%, e o empilhamento com vários tipos de células pode melhorar ainda mais a eficiência de conversão. A eficiência limite teórica das células empilhadas de junção dupla é de 46%, indicando que os materiais de perovskita têm grande potencial para desempenho de conversão de energia. Em contraste, as células solares tradicionais de silício cristalino alcançaram melhorias de eficiência semelhantes durante um período de tempo mais longo, aproximadamente 40 anos.
A eficiência teórica das baterias de perovskita chega a 33% (fonte: anúncio da empresa, Guotai Junan Securities Research)
Em termos de redução de custos, devido ao fato de que a cadeia da indústria da perovskita e a duração do processo são encurtadas pela metade em comparação com o silício cristalino, espera-se que o custo de produção dos componentes da perovskita após a produção de grande módulo seja reduzido para menos de 50% do valor final. custo dos componentes de silício cristalino. Atualmente, o empilhamento de silício cristalino perovskita em ambas as extremidades combina as vantagens da perovskita e do silício cristalino. Entre elas, as baterias de perovskita HJT são preferidas pela indústria devido à sua adaptabilidade de processo e potencial de eficiência. Devido ao desenvolvimento mais maduro de baterias de silício cristalino e processos de preparação mais simples, com a melhoria adicional da eficiência de empilhamento, elas são atualmente as mais econômicas comercialmente.
Espera-se que o custo das baterias de perovskita diminua para menos de 0,6 yuan/W (fonte: GCL Optoelectronics, anúncio da empresa, Guotai Junan Securities Research)
A perovskita fotovoltaica, como uma tecnologia fotovoltaica emergente, não só tem eficiência de laboratório comparável à da fotovoltaica de silício cristalino de ombro, mas também tem vantagens significativas em custo e processo. Além disso, a energia fotovoltaica de perovskita tem excelente desempenho de luz fraca e características fotoelétricas ajustáveis, características que a energia fotovoltaica de silício cristalino não possui. Isso torna a energia fotovoltaica de perovskita mais imaginativa em cenários de aplicação.
A indústria de baterias de perovskita em rápido desenvolvimento:
No dia 3 de novembro, a Longji Green Energy foi certificada pelo Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) dos Estados Unidos. A bateria empilhada de perovskita de silício cristalino desenvolvida de forma independente pela empresa alcançou uma eficiência de 33,9%, que é atualmente o maior recorde de eficiência de baterias empilhadas de perovskita de silício cristalino em todo o mundo. Anteriormente, o recorde era de 33,7%.
Os líderes fotovoltaicos estabelecem camadas de silício cristalino e promovem o desenvolvimento industrial através de múltiplas rotas. Atualmente, o layout das empresas listadas concentra-se principalmente no empilhamento de silício cristalino de perovskita, com a coexistência de múltiplas rotas Perc/Topcon/HJT de empilhamento de perovskita. Por exemplo, líderes fotovoltaicos como Longji Green Energy e Tongwei Co., Ltd. entraram sucessivamente no mercado, o que deverá promover o desenvolvimento industrial de baterias empilhadas. As baterias empilhadas da empresa iniciante cobrem vários campos, como empilhamento completo de perovskita, empilhamento de silício cristalino de perovskita, empilhamento de perovskita cobre índio gálio selênio, etc.
Em 27 de outubro, após ser certificada pelo Centro Nacional de Medição e Teste da Indústria Fotovoltaica, a Tecnologia Fotovoltaica alcançou uma eficiência de 21,63% em módulos de bateria de perovskita de grande área de 30 cm * 40 cm, continuando a liderar a indústria de baterias de perovskita. (Os resultados dos testes são do Centro Nacional de Medição e Testes da Indústria Fotovoltaica)
Deve-se salientar que a eficiência em nível laboratorial ainda precisa ser validada na produção em grande escala e que ainda existem desafios de estabilidade. No entanto, o rápido desenvolvimento de células fotovoltaicas de perovskita fornece uma solução precisa e poderosa para reduzir custos e aumentar a eficiência na indústria fotovoltaica, e as suas amplas perspectivas de mercado estão fora de dúvida.
Do ponto de vista da escala da linha de produção e do progresso do projeto na indústria de perovskita, 2022 é o primeiro ano de industrialização da perovskita. Neste ano, a indústria de perovskita não só foi capaz de produzir produtos qualificados de forma estável, concluir remessas e construção de engenharia no prazo, mas também conectar suavemente os terminais à rede para geração de energia. Com o avanço da industrialização, os eventos de investimento e financiamento empresarial relacionados tornaram-se ativos e dezenas de novas startups foram estabelecidas no campo da perovskita.
Diagrama esquemático da cadeia industrial da indústria de baterias de perovskita da China Fonte: Guanzhi Hainei Consulting
Houve um progresso considerável na comercialização de minerais de cálcio e titânio na indústria. Em abril deste ano, a linha de produção fotovoltaica de perovskita de 1 GW com um investimento total de 3 bilhões de yuans em energia fotovoltaica polar começou a ser construída e deverá ser colocada em operação no terceiro trimestre do próximo ano; A linha de produção Renshuo Solar 150MW será colocada em operação até o final deste ano, e a área dos componentes será ampliada para 1,2m * 0,6m. A Guangyin Technology concluiu uma rodada de financiamento anjo de 50 milhões no início de abril de 2023, estabelecendo um recorde para a maior rodada de financiamento anjo único do setor. Sua pequena linha experimental de 10 MW começou a ser construída em meados de abril de 2023 e foi concluída no final de junho, tornando-a a mais rápida do mundo para entrar em operação. A previsão é que uma linha piloto de 100 MW seja concluída até o final de 2024, e a área do componente seja ampliada para metros quadrados.
Pode-se prever que a expansão da produção industrial irá acelerar em 2024, com mais linhas de produção de nível de 100 MW e algumas linhas de produção de nível GW iniciando e operando. 2025 pode entrar na fase madura de comercialização antes do previsto
Figura: Cerimônia de Abertura da Linha de Produção Fotovoltaica de Perovskita de 1GW com Energia Solar Polar
A trilha do futuro surgiu, onde estão os pontos problemáticos
No campo das células fotovoltaicas de perovskita, existe um estado de discórdia entre uma centena de escolas de pensamento. Quer se trate de empilhamento de silício cristalino de perovskita, tecnologia Perc / Topcon / HJT em camadas de perovskita ou todo empilhamento de perovskita, empilhamento de perovskita cobre índio gálio selênio e outras tecnologias, o futuro ambiente de tecnologia de bateria de perovskita provavelmente terá o fenômeno de múltiplas tecnologias coexistindo com a atual bateria de silício cristalino, A participação final no mercado e a sobrevivência do mais apto ainda dependem da demanda por cenários de aplicação futuros.
Embora a redução de custos e o aumento da eficiência das células fotovoltaicas de perovskita tenham sido provados há muito tempo viáveis a nível técnico, o ponto problemático final não pode ser separado da procura de redução de custos e melhoria da eficiência na indústria fotovoltaica. Isso significa que as baterias de perovskita precisam resolver não apenas a estabilidade do produto em si, a rápida taxa de degradação da eficiência e o conteúdo tóxico de chumbo durante a fase de produção. A questão mais fundamental é que, se quisermos substituir gradualmente a atual situação do mercado dominada por baterias de silício cristalino, devemos promover rapidamente a cadeia da indústria de baterias fotovoltaicas de perovskita eficiente e de baixo custo e a capacidade de produção em massa.
Com o progresso contínuo da tecnologia das baterias de perovskita, o crescimento da procura do mercado, o investimento de capital e o apoio político contínuo, temos todos os motivos para acreditar que se espera que as baterias de perovskita alcancem gradualmente aplicações comerciais em grande escala e se tornem um pilar importante da energia fotovoltaica. indústria.
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