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Können Perowskit-Batterien ein neuer Favorit in der Photovoltaik-Industrie werden?

Nov 15, 2023

 

Können Perowskit-Batterien ein neuer Favorit in der Photovoltaik-Industrie werden?

Am 16. Juni letzten Jahres berichtete das Magazin Science, dass die Princeton University in den Vereinigten Staaten die erste kommerziell nutzbare 2D-Perowskit-Solarzelle entwickelt habe. Das Team geht davon aus, dass seine Geräte etwa 30 Jahre lang über den Industriestandards hinaus funktionieren. Wenn eine Massenproduktion erreicht werden kann, wird erwartet, dass das Stabilitätsproblem von Perowskit-Batterien grundsätzlich gelöst wird. Wenn diese Technologie tatsächlich umgesetzt werden kann, kombiniert mit der hohen Effizienz und den geringen Kostenvorteilen von Perowskit-Batterien, wird der Markt für Perowskit-Komponenten unbegrenzt sein. Allerdings hängt im Bereich der Perowskit-Photovoltaikzellen, der sogenannten „Photovoltaikzellentechnologie der dritten Generation“, der künftige Markteintritt davon ab, welche Produktionslinie im großen Maßstab in Betrieb genommen werden kann.

Warum ist es Kalziumkarbid?

In den letzten Jahren erlebte die Photovoltaikindustrie Chinas eine Phase des Glanzes, von der kristalline Siliziumbatterien am auffälligsten sind. Heutzutage wird erwartet, dass die Situation, in der kristalline Siliziumbatterien die Welt dominieren, durch die „Photovoltaikzellentechnologie der dritten Generation“ Perowskit durchbrochen wird. Warum war die Calciumcarbid-Batterietechnologie die erste, die ihren Durchbruch schaffte? Im Vergleich zu kristallinen Siliziumbatterien haben Perowskit-Photovoltaikzellen erhebliche Fortschritte bei der Kostensenkung und Effizienzsteigerung gezeigt. Mit anderen Worten: Perowskit erfüllt die grundlegenden Entwicklungsanforderungen der Kostensenkung und Effizienzsteigerung in der Photovoltaikindustrie.

Im Hinblick auf die Effizienzsteigerung haben Perowskit-Photovoltaikzellen in den letzten Jahren bemerkenswerte Fortschritte gemacht. Der maximale Wirkungsgrad von Single-Junction-Solarzellen vom Perowskit-Typ liegt derzeit bei 25,7 %, und die Stapelung mit verschiedenen Zelltypen kann die Umwandlungseffizienz weiter verbessern. Der theoretische Grenzwirkungsgrad von Doppelverbindungs-Stapelzellen liegt bei 46 %, was darauf hindeutet, dass Perowskit-Materialien ein großes Potenzial für die Energieumwandlungsleistung haben. Im Gegensatz dazu erzielten herkömmliche Solarzellen aus kristallinem Silizium über einen längeren Zeitraum, etwa 40 Jahre, ähnliche Effizienzverbesserungen.

Der theoretische Wirkungsgrad von Perowskit-Batterien erreicht 33 % (Quelle: Unternehmensmitteilung, Guotai Junan Securities Research)

 

Aufgrund der Tatsache, dass die Perowskit-Industriekette und die Prozesslänge im Vergleich zu kristallinem Silizium um die Hälfte verkürzt werden, wird erwartet, dass die Produktionskosten von Perowskit-Komponenten nach der Produktion mit großem Modul auf weniger als 50 % der Endkosten gesenkt werden Kosten für kristalline Siliziumkomponenten. Gegenwärtig vereint die Stapelung von kristallinem Perowskit-Silizium an beiden Enden die Vorteile von Perowskit und kristallinem Silizium. Unter ihnen werden Perowskit-HJT-Batterien aufgrund ihrer Prozessanpassungsfähigkeit und ihres Effizienzpotenzials von der Industrie bevorzugt. Aufgrund der ausgereifteren Entwicklung kristalliner Siliziumbatterien und einfacherer Herstellungsprozesse sowie der weiteren Verbesserung der Stapeleffizienz sind sie derzeit die kommerziell kostengünstigsten.

 

Die Kosten für Perowskit-Batterien werden voraussichtlich auf unter 0,6 Yuan/W sinken (Quelle: GCL Optoelectronics, Unternehmensmitteilung, Guotai Junan Securities Research)

 

Perowskit-Photovoltaik als aufstrebende Photovoltaik-Technologie weist nicht nur einen Laborwirkungsgrad auf, der mit dem der schulterkristallinen Silizium-Photovoltaik vergleichbar ist, sondern bietet auch erhebliche Kosten- und Prozessvorteile. Darüber hinaus verfügen Perowskit-Photovoltaikanlagen über eine ausgezeichnete Leistung bei schwachem Licht und einstellbare photoelektrische Eigenschaften, Eigenschaften, die kristalline Silizium-Photovoltaikanlagen nicht besitzen. Dies macht die Perowskit-Photovoltaik in Anwendungsszenarien einfallsreicher.

 

Die sich schnell entwickelnde Perowskit-Batterieindustrie:

Am 3. November wurde Longji Green Energy vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) der Vereinigten Staaten zertifiziert. Die vom Unternehmen unabhängig entwickelte gestapelte Batterie aus kristallinem Silizium-Perowskit erreichte einen Wirkungsgrad von 33,9 %, was derzeit den höchsten Wirkungsgradrekord für gestapelte Batterien aus kristallinem Silizium-Perowskit weltweit darstellt. Zuvor lag der Rekord bei 33,7 %.

Führende Photovoltaikunternehmen legen kristalline Siliziumschichten an und fördern die industrielle Entwicklung auf vielfältigen Wegen. Derzeit konzentriert sich das Layout börsennotierter Unternehmen hauptsächlich auf das Stapeln von kristallinem Perowskit-Silizium, wobei mehrere Perowskit-Stapelungsrouten Perc/Topcon/HJT nebeneinander bestehen. Beispielsweise sind führende Photovoltaik-Unternehmen wie Longji Green Energy und Tongwei Co., Ltd. sukzessive in den Markt eingestiegen, was voraussichtlich die industrielle Entwicklung von Stapelbatterien vorantreiben wird. Die Stapelbatterien des Start-up-Unternehmens decken mehrere Bereiche ab, wie z. B. vollständige Perowskit-Stacking, Perowskit-Kristall-Silizium-Stacking, Perowskit-Kupfer-Indium-Gallium-Selen-Stacking usw. Der endgültige Sieg der jeweiligen Route hängt auch von der Zukunft abEffizienzsteigerungs- und Kostensenkungseffekte.

Am 27. Oktober erreichte Photovoltaic Technology nach der Zertifizierung durch das National Photovoltaic Industry Measurement and Testing Center einen Wirkungsgrad von 21,63 % bei 30 cm * 40 cm großen Perowskit-Batteriemodulen und ist damit weiterhin führend in der Perowskit-Batterieindustrie. (Die Testergebnisse stammen vom National Photovoltaic Industry Measurement and Testing Center)

 

Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Effizienz auf Laborebene in der Großproduktion noch validiert werden muss und weiterhin Stabilitätsprobleme bestehen. Die rasante Entwicklung von Perowskit-Photovoltaikzellen bietet jedoch eine genaue und leistungsstarke Lösung zur Kostensenkung und Effizienzsteigerung in der Photovoltaikindustrie, und ihre breiten Marktaussichten stehen außer Zweifel.

Aus der Perspektive des Produktionslinienumfangs und des Projektfortschritts in der Perowskit-Industrie ist 2022 das erste Jahr der Perowskit-Industrialisierung. In diesem Jahr war die Perowskit-Industrie nicht nur in der Lage, qualifizierte Produkte stabil zu produzieren, Lieferungen und technische Bauarbeiten pünktlich abzuschließen, sondern auch Terminals reibungslos an das Stromnetz anzuschließen. Mit der fortschreitenden Industrialisierung wurden entsprechende Investitions- und Finanzierungsveranstaltungen für Unternehmen aktiv und Dutzende neuer Startups wurden im Perowskit-Bereich gegründet.

Schematische Darstellung der Industriekette der Perowskit-Batterieindustrie in China. Quelle: Guanzhi Hainei Consulting

Bei der Kommerzialisierung von Calcium-Titan-Mineralien in der Industrie wurden erhebliche Fortschritte erzielt. Im April dieses Jahres begann der Bau der 1-GW-Perowskit-Photovoltaik-Produktionslinie mit einer Gesamtinvestition von 3 Milliarden Yuan in polare Photovoltaik, die voraussichtlich im dritten Quartal nächsten Jahres in Betrieb genommen wird; Die 150-MW-Produktionslinie von Renshuo Solar wird bis Ende dieses Jahres in Betrieb genommen und die Komponentenfläche auf 1,2 m * 0,6 m vergrößert. Guangyin Technology schloss Anfang April 2023 eine 50-Millionen-Angel-Runde ab und stellte damit einen Rekord für die größte einzelne Angel-Runde in der Branche auf. Der Bau der kleinen 10-MW-Testlinie begann Mitte April 2023 und wurde Ende Juni fertiggestellt. Damit ist sie weltweit die schnellste, die in Betrieb genommen werden konnte. Es wird erwartet, dass bis Ende 2024 eine 100-MW-Pilotlinie fertiggestellt und die Komponentenfläche auf Quadratmeter erweitert wird.

Es ist abzusehen, dass sich der Ausbau der Industrieproduktion im Jahr 2024 beschleunigen wird, da weitere Produktionslinien im 100-MW-Bereich und einige Produktionslinien im GW-Bereich in Betrieb genommen werden. 2025 könnte früher als geplant in die Phase der reifen Kommerzialisierung eintreten

Abbildung: Eröffnungsfeier der 1-GW-Perowskit-Photovoltaik-Produktionslinie mit Polar Solar Energy

Die Zukunftsspur ist entstanden, wo sind die Schmerzpunkte?

Auf dem Gebiet der Perowskit-Photovoltaikzellen herrscht unter hundert Denkschulen ein Streit. Ganz gleich, ob es sich um die Stapelung von kristallinem Perowskit-Silizium, die Perc/Topcon/HJT-Technologie mit Perowskit-Schichten oder die Stapelung von reinem Perowskit, die Stapelung von Perowskit-Kupfer-Indium-Gallium-Selen und andere Technologien handelt, in der zukünftigen Umgebung der Perowskit-Batterietechnologie wird es wahrscheinlich zu dem Phänomen kommen, dass mehrere Technologien nebeneinander existieren Bei der aktuellen kristallinen Siliziumbatterie hängen der endgültige Marktanteil und das Überleben des Stärksten immer noch von der Nachfrage nach zukünftigen Anwendungsszenarien ab.

Obwohl sich die Kostensenkung und Effizienzsteigerung von Perowskit-Photovoltaikzellen auf technischer Ebene seit langem als machbar erwiesen hat, kann der eigentliche Problempunkt nicht von der Forderung nach Kostensenkung und Effizienzsteigerung in der Photovoltaikindustrie getrennt werden. Das bedeutet, dass Perowskit-Batterien nicht nur die Stabilität des Produkts selbst, die schnelle Effizienzabfallrate und den giftigen Bleigehalt während der Produktionsphase berücksichtigen müssen. Die grundlegendere Frage besteht darin, dass wir, wenn wir die aktuelle Marktsituation, die von kristallinen Siliziumbatterien dominiert wird, schrittweise ersetzen wollen, schnell die effiziente und kostengünstige Industriekette für Perowskit-Photovoltaikbatterien und die Massenproduktionskapazität fördern müssen.

 

Angesichts des kontinuierlichen Fortschritts der Perowskit-Batterietechnologie, der wachsenden Marktnachfrage, der Kapitalinvestitionen und der kontinuierlichen politischen Unterstützung haben wir allen Grund zu der Annahme, dass Perowskit-Batterien voraussichtlich nach und nach kommerzielle Großanwendungen erreichen und zu einer wichtigen Säule der Photovoltaik werden werden Industrie.

Bei RONGSTAR Energy sind wir stolz darauf, eine Rolle bei der globalen Entwicklung der Solarenergie zu spielen. Wir verfügen über langjährige Erfahrung im Vertrieb und Großhandel mit Photovoltaik-Solarmodulen, Wechselrichtern, Bau-, Speichersystemen und anderen Komponenten für die Photovoltaik. Weitere Photovoltaik-Produkte und -Lösungen anzeigen- Deye-Wechselrichter,TW SOLAR-Panel,APsystems Solar-Wechselrichter-Händler (rongstar.com).

 

 

 

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