以后不用交电费了?我国造出发电玻璃,1平米玻璃一年发电310度!

文摘   2024-11-04 10:49   广东  
关注我的你,是最善良的!

只为苍生说话,用笔杆子道明事态原委、丈量人间温情。






以后不用交电费了?





当玻璃能发电,并成为建筑材料,广泛运用于城市楼宇,其生态价值和商业价值皆不容小觑。“今年1-5月的光伏建筑一体化产品订单同比增长了40%。”成都中建材光电材料有限公司副总经理、总工程师傅干华告诉记者,在成都双流,碲化镉发电玻璃从实验室走上生产线,从图纸变成实景,不断进行技术革新,光电转换效率不断提高。


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1平米玻璃一年发电310度!
没听说曾有过“发电玻璃”,什么时候玻璃也能发电了?这使我们想到,我们可否借助这种办法,帮助人们告别交电费呢?这种看起来“天马行空”的事,真的有效吗?基于一些资料,我们发现玻璃真的能发电!据悉,55秒,制作这种玻璃的生产线就能送出一块世界最大单体面积的“发电玻璃”很不可思议,潘锦功的碲化镉“发电玻璃”会让发电看起来更容易,潘锦功是我国一位非常优秀的人才,1996年,潘锦功来到美国攻读博士学会,同时,他还在新泽西理工学院创建了发电玻璃的研究中心,
他在研究的过程中取得了重大的成就。

严格来说,
发电玻璃是指碲化镉薄膜太阳能电池,它被人们誉为是挂在墙上的石油,它的主要功能就是发电。

碲化镉“发电玻璃”生产线完全具有自主知识产权,整个生产线约有550米长,这其中最核心的工艺是气化镀膜,它很复杂,当玻璃进入真空腔体后,你能注意到处于高温环境的高速运动状态,单片面积约为2平方米的发电玻璃渐渐诞生了,我们发现它的光电转化率达到17.8%,这种玻璃的年可发电处于260-270度之间,即便是在弱光环境下,它的表现也很优秀,另外它的颜值也很高,在2018全国双创活动周开幕式的主会场,菁蓉汇7号楼的右侧外立面,一些人可能看到了一面黑色的玻璃幕墙,它的面积约有30平米,你应该无法辨认出这并不是普通的玻璃幕墙,

它大约由14块碲化镉太阳能发电玻璃组成。

什么叫碲化镉材料?

碲化镉(CdTe)是一种由镉与碲合成的结晶物质,这很明确,它可应用在红外线侦测器的感光材料。或者说发光玻璃中,玻璃只是一个透光的衬底材料,它不是技术性关键材料。

根据制作方法,我们认为在普通玻璃上镀上碲化镉光电材料,就能让普通玻璃从绝缘体变成可导电的导体,你会注意到,这之后它能变成可发电的建筑材料,结果让人兴奋,因为它实现了玻璃与材料的有机结合。但最重要的问题来了,他们为什么一定要采用碲化镉薄膜呢?

美国布鲁克文国家实验室的科学家们告诉我们,他们已经得到了答案,通过研究,他们发现碲化镉太阳能电池和煤、石油、天然气等或是核能的单位发电量的重金属排放量相比,碲化镉薄膜太阳能电池组件的使用最为安全;其次,在清晨、傍晚等弱光条件下,它的发电性能明显优于传统的晶硅电池。

在发电玻璃的制造工厂,记者看到了一排排彩色的发电玻璃。细看之下,玻璃里“内藏乾坤”,里面整齐分布着密密麻麻的线。“肉眼看着是一条线,实际上是三条激光线,”傅干华告诉记者,发电玻璃里有很多涂层,其中最重要的是碲化镉涂层。这是将太阳能转化成电能的最重要的吸光材料。依靠它,有光就有电。

这是一项不断创新的技术。这条产线最初的光电转换效率只有12%,目前已经可以达到16%以上。一块1.92平方米的发电玻璃的年发电量可达310度。而这一数字还在不断攀升。“实际上,采用最新的技术上已经可以达到17%以上,但目前正在导入量产,未来肯定会越来越来高。”
“尺寸越大,工艺难度越大。”傅干华告诉记者,2017年,世界第一片大面积(1.92平方米)碲化镉发电玻璃在成都双流的生产厂区下线。第一代发电玻璃是不透明的,第二代实现了彩色,第三代实现了图案定制,第四代实现了大理石系列,可直接用于建筑外墙;第五代实现了透光发电……量产的背后,是强大的技术团队在不断地自我革新和进步。
在邯郸体育中心场馆外,30个引导灯箱准时亮起,为参加河北省第十六届运动会田径项目比赛的运动员和现场观众提供清晰的路线指引。这些灯箱很“神奇”——外壳上找不到一条连接电源的线路。那它们靠啥发电呢?答案,就是灯箱背面的黑色玻璃。
这块玻璃,其实是一块碲化镉薄膜太阳能电池。它的结构好比“三明治”,在两块超白高透的玻璃之间,均匀沉积一层4微米厚的碲化镉薄膜,当太阳光照射到薄膜层后,薄膜层中会产生电子运动,“变身”可发电的半导体。这些会发电的玻璃,产自邯郸中建材光电材料有限公司。
这种发电玻璃,为何如此走俏?“它们具有结构安全、天然防火、易于维护等优势,在清晨、阴雨、雾霾等弱光条件下也能稳定发电,被誉为挂在墙上的‘油田’。”殷新建介绍,虽然碲化镉发电潜力巨大,但过去,规模化制备大尺寸碲化镉薄膜发电玻璃技术一直被国外垄断。
中国建材集团研发团队历时多年研究,攻克动态镀膜工艺、成套装备研发等一系列难题,实现碲化镉薄膜发电玻璃“中国智造”。2017年,开始在华北地区布局生产基地。
“河北区位优势明显,交通便利,物流发达,玻璃产业基础深厚,而且邯郸正大力发展新材料产业,是理想的合作伙伴。”殷新建说,双方“牵手”之初,就志在大尺寸、高转化率碲化镉薄膜发电玻璃的智能制造。2017年12月,邯郸中建材光电材料有限公司成立。2022年6月,碲化镉薄膜发电玻璃生产线正式投产。
“我们创新的脚步从未停下,比如,这两年我们一直在提升光电转换效率上‘较劲’。”该公司总经理助理、技术中心副主任吴一民透露。光电转换效率,是衡量一块玻璃“发电能力”的核心指标。实验室里,碲化镉薄膜发电玻璃光电转换效率可达22.3%,可到了生产线上,1.92平方米的大尺寸发电玻璃光电转换效率仅为14%。
“每向前提升0.1%,都是披荆斩棘的过程。”吴一民坦言。衬底温度、腔内流体气氛、沉积薄膜时的均匀性和稳定性……邯郸中建材组建起工程师攻坚团队,反复调整参数设置,仅镀膜这一个环节,就进行了上百次试验。提高发电功率,激光刻线也是关键一步。
“每块玻璃的前电极层、发电层、背电极层要经过3次激光刻线,刻线要平行度高,边缘平滑无毛刺,同时,必须防止光斑重叠,对操作要求极高。”吴一民说。试验、总结,再试验、再总结……
如何在“互相打架”的技术指标上寻求突破?
“常规款发电玻璃,就像一块黑色幕布,想实现透光,就要通过肉眼成像原理的无感化设计,去除掉部分遮光膜层。”吴一民介绍,这就需要用激光在发电层和背电极层刻划出透光线。透光线宽度、激光功率、刻划速度……研发团队不断尝试,从中寻找最优方案。今年年初,他们终于在热量损失和功率损失中找到了平衡点,透光系列产品成功上市。
“既能透光又能发电,我们是国内市场‘独一份’。此外,我们还创新推出了炫彩系列、画卷系列等产品,颇受市场青睐。”细数着一个个新产品,吴一民满脸自豪。有光就有电,美观还低碳。如今,在甘肃、山东、江苏等地,都能看到这块“邯郸造”发电玻璃的身影,应用场景涵盖建筑幕墙、采光顶、地面电站等。
“碲化镉薄膜发电玻璃既是绿色建材又是清洁能源,为建筑领域减碳降碳、实现从高耗能向零耗能转变提供了新思路,未来一定‘大有作为’。”殷新建信心满满地表示。目前,成都工厂的年产能是40万片,80万平方米。每年的订单也在不断提升。今年1-5月,其光伏建筑一体化产品订单同比增长了40%。
实际上,一开始,发电玻璃发展得并非顺利。新事物刚出来时,总是会遇到很多质疑和挑战。从研发到生产线的建立,这中间是一个漫长的过程。“2014年很多人离职。大家都看不到希望了。”傅干华用“绝望”来形容其中的不易。研发需要高投入,大量“烧钱”容易浇灭最初的热情。
该公司总经理潘锦功回忆起事业最低谷的那段时间。他清晰记得,有一次他从双流打车到成都市中心办事,需要94块钱,他舍不得。后来厂里工人领着他,从双流坐公共汽车,花了2块钱到目的地。
傅干华认为,“3060”双碳目标是发电玻璃的一个重要转折点。我国提出,二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,力争2060年前实现碳中和。“3060”目标带来的变革超出想象,各行各业正在用切实的行动兑现承诺。作为能发电的建筑材料,“光伏建筑一体化”让发电玻璃与建筑业快速结合,成为建筑业节能减排的利器。
科学家创业,有人将这比作一场“九死一生的登月式冒险”。但总有人迎难而上,创造“1%成功的可能”。近年来,大批手握“硬科技”的科技人员投身创业。一个个创新技术从纸面走向应用,一项项专利成果从实验室走到工厂,一个实验室团队成长为一家大公司。在四川,有大批科学家×创业者。他们身兼两种身份,既有科学家的创新思维,又兼具创业者的勇气和胆识。他们不断精进,打磨科研能力、市场化能力、管理能力、资源整合能力。
   回国创业10余年,海归博士、成都中建材光电材料有限公司总经理潘锦功的碲化镉发电玻璃在相当长一段时间里处在争议当中。但迎着风暴而行,他让“有光就有电”变成现实。就在近日,公司自主研发的发电玻璃技术斩获中国工业大奖表彰奖。他的发电玻璃被行业誉为“挂在墙上的油田”。如今在成都,碲化镉发电玻璃的年产能已达100兆瓦,年均发电量超过1.1 亿度,节约标准煤近4万吨,减排二氧化碳近12万吨。“迟到”的掌声终于到来。
     1978年,国家恢复高考的第二年,14岁的潘锦功就考上哈尔滨工业大学计算机专业,毕业后被分配到大庆油田工作,当过测井队长,后又在原外经贸部计算中心当工程师,直到1996年远赴美国深造,攻读美国新泽西理工大学电子电气硕士和博士。留学之初,他就在思考,要学什么样的技术回国。留学期间,潘锦功一直在研究如何用清洁能源发电,在他看来,新能源是未来发展方向,前瞻性的新材料技术将带来颠覆性突破。他关注到一种新型材料——碲化镉,它是理论上拥有最高转换效率的材料之一,“1微米的碲化镉可实现90%以上的可见光吸收。”潘锦功说,如果能用它制成发电玻璃,潜力巨大。不过,当时碲化镉太阳电池的实验室光电转化效率仅为16.5%,10年间都未能突破,工业界都认为这个材料体系没有前途。
    “别人都做不到的,如果我们做成了就是0到1的突破。”潘锦功认为这项研究有很大的科学价值,他遍访名师,寻求支持,甚至找到了诺贝尔物理学奖获得者、美国科学院院士谢尔登·格拉肖教授,这位《生活大爆炸》中谢耳朵的原型,就是碲化镉拓扑材料体系的早期建议者。谢尔登·格拉肖鼓励他,“如果做成了,我就加入你们。” 2007年,他终于说服校领导,支持他在美国新泽西理工大学率先创立了美国第一个碲化镉材料研究中心,率先在国际上开展碲化镉材料特性研究。要将研究应用于实践,还有一系列关键技术难题亟待攻克。首先是高纯碲的高效提纯,然后是碲化镉半导体合金材料的制备。经过夜以继日的努力,潘锦功和团队于2011年在国际上首次提出碲化镉薄膜材料多能级掺杂载流子密度图解法,并制出样品,转化效率在国际领先。
     为了留住潘锦功,美国一家能源公司找到学校,希望用2000万美元买断研究成果,但潘锦功已打定主意,要回到祖国报效国家。“我们这一代人,读书的时候是免费的,工作的时候是包分配的,我们成长的每一步,都是国家给了我们支持。所以特别希望国家强大,希望我们的技术力量,能够成 为国家强大过程中的涓涓细流。”潘锦功说。
    创业感悟坚持是最重要的 2010年,潘锦功回国了。他把创业地选在了成都。四川矿产资源丰富,特别是碲金属储量丰富,境内拥有世界唯一以碲为主的碲铋矿床。如果能有效开发利用这些资源,将带来巨大价值。不过,带着技术和资金回国不久,创业就遭遇了打击。公司7000万元资金被高管卷走,随后又遭遇银行抽贷、矿山开发被叫停、公司账户被查封等一系列困难,甚至有投资人公开怒斥,“投资你,就是灭顶之灾。”
    潘锦功被气到住进医院,在最困难的2012、2013年,产品还没有生产出来,公司300多名员工只剩下29人。潘锦功也动摇过,2012年他准备把材料提纯技术卖了。当时山西刚好有一家矿业公司愿意出500万元购买技术,他和2名工程师去了当地,免费教了两天后,对方又不愿意买了,“当时身上只剩下800元,我们回程的机票钱都不够。只能绕道河南坐汽车回来。” 穷途末路时,国家和政府给了他支持。省委组织部为顶尖创新团队提供了800万元资金支持,2015年又获得国家发展改革委“增强国家制造业核心竞争力重大工程”专项支持1.59亿元。不过,要生产出碲化镉发电玻璃,还需攻克规模化制备大尺寸碲化镉发电玻璃技术、动态镀膜工艺、成套装备研发等一系列问题。“碲化镉发电玻璃就是在两块普通玻璃夹层中沉积一组碲化镉薄膜材料,使玻璃从绝缘体变成导体,并且具有发电功能。”潘锦功解释,碲化镉薄膜不到3微米厚,相当于头发丝直径的一百分之一,技术难度极高。潘锦功和团队整整历时8年研发,终于打破国外垄断,在2017年8月,成都中建材成功生产出世界第一块大面积(1.92平方米)碲化镉发电玻璃,在此之前世界最大的单体发电玻璃面积仅为0.72平方米,实现了碲化镉发电玻璃的“中国智造”。
    2018年4月,我国首条大面积发电玻璃生产线在成都中建材成功投产,这也是世界首条100兆瓦大面积碲化镉发电玻璃生产线。这项技术成果共获得34项专利,其中19项发明专利完全属于我国自主核心技术专利。回忆这段艰辛历程,潘锦功说,“坚持是最重要的。”10余年来,他把全部心血投入到发电玻璃的研发和生产中。创业最初的5年,每年只领1元钱,直到如今,仍然吃住在工厂,经常穿一身藏蓝色工作服,像一名普通工人出现在车间,没有节假日,常常工作到凌晨一二点。“现在也经常遇到困难,心情沮丧的时候,就到车间转一下,看看这片曾经的荒地,如今机器在运转、产品在下线、工人在生产,负面的东西就会少很多。”潘锦功说。创业梦想要让发电玻璃走入千家万户 “有光就有电”。走进成都中建材光电材料有限公司,墙上的这5个大字赫然醒目。这句话不仅挂在墙上,还会“说话”。在公司展示厅内,潘锦功拉开墙上的一块红色幕布,幕布下方是一块黑色玻璃,随着幕布揭开,与玻璃板相连的小灯泡逐渐亮起,当幕布盖上,小灯泡又熄灭。
    如今,每一位到访公司的客人,都能见证发电玻璃的神奇。为了证明发电玻璃的性能,他还会在车间向客户展示撞击实验。一根牵引绳将一个重达45公斤的“铁球”拉到2.2米的高点,随着一声巨响,“铁球”重重地砸在发电玻璃板上,但玻璃不仅没有破损,和它相连的一盏灯泡依然闪闪发亮。这么多年,潘锦功一直在用科学技术打消外界的质疑,甚至每次出差时,他的背包里还会装着几块尺寸略小的发电玻璃。“从1到100的东西,容易被人接受,但0到1的东西,大家以前都没见过,一下子很难让人接受。”潘锦功说,创新是一个不断试错的过程,我们的社会应该对科学家更加宽容,对创新者有更大的包容心。从产品问世以来,潘锦功也一直在为自己的产品寻找用武之地。
    为了满足客户需求,发电玻璃也不断升级迭代,从单一色彩、半透明,到多彩、釉彩,仿石材、仿木材、高透过率等多种质感,从最初发电玻璃光电转化率只有8.72%,到如今实验室转换效率达20.46%,生产线转化效率达16.18%。随着技术升级,发电玻璃逐步赢得了行业认可,先后纳入国家的多个推广应用目录,获得中国首批绿色建材认证等多个国内外行业大奖。
   2019年,谢尔登·格拉肖还专门到访双流的工厂,盛赞公司的产品“是对全球同类企业碾压性的优势。” 如今,公司产品已在成都双流国际机场、北京冬季奥运会场馆、博鳌亚洲论坛场馆等多地现代化地标建筑中投入使用。潘锦功希望,未来发电玻璃能走入千家万户,让老百姓住上免费用能源的房子。一块约2平方米的发电玻璃,在成都,年发电量可以达到270度,仅三四块就能满足一家人全年的用电。“目前发电玻璃1平方米的售价在1000元左右,未来要让所有人都用得起,还需进一步降低成本,提升性能。”潘锦功说,如果房子都能用免费能源了,那将大大减少石油、耗材的消耗量,降低碳排放。随着政策推动,行业正迎来巨大利好。“我们在成都、河北邯郸、江西瑞昌有3个工厂已经投产,公司产品仍然供不应求,今年全国还有4个在建工厂。”面对纷至沓来的订单,潘锦功感叹,“春天终于来了。”
发电玻璃要“出海”并不容易。这种“光伏建筑一体化材料”要满足两个条件,一是能发电,二是能符合建筑用材料的要求。如机械强度、采光、保温性、防噪音表现等。
傅干华从目前该公司走出欧洲国家的一些案例中发现,如果没有国际统一的标准,每个国家都有自己的一套标准,公司需要根据每个国家的要求做产品测试和认证。这对企业来说是一场时间和金钱的双重考验。“真的特别麻烦!对于企业的负担太重了。”傅干华说,出台一套国际通用的标准迫在眉睫。
2024年6月10日至14日,国际标准化组织建筑用玻璃技术委员会(ISO/TC 160)年会在四川成都召开。此次会议汇聚了来自中国、德国、比利时、澳大利亚、英国、美国、日本、丹麦、土耳其等国家的50名行业专家,共同探讨建筑用玻璃技术的最新进展和未来趋势。
“在年会上,出台一套被国际广泛认同的光伏建筑一体化标准已经形成了共识。”傅干华说,各方都希望通过国际合作,共同推动全球光伏建筑一体化技术标准的制定与实施。
他相信这一国际标准将在不久的将来得以制定。

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