德国瞄准有机太阳能电池

环球杂志 2023年11月02日 0"

德国开发太阳能电池


一旦德国通过有机太阳能电池确定新的绿色技术路径,培育新的技术优势,进而掌握未来全球太阳能关键设备专利与话语权,其或将在未来全球可再生能源转型进程中再塑绿色产业国际竞争力。


可再生能源转型是德国绿色发展的重要一环,面对国际太阳能产品的激烈竞争,德国希冀在技术上另辟蹊径,从而实现太阳能产业领域的“弯道超车”。

可再生能源转型加速

作为能源转型的先行者,德国可再生能源发展迅速。

在能源转型方案中,核能曾被认为是重要的过渡能源。2011年3月11日福岛第一核电站核泄漏事故发生过后,德国随即调整其核能政策,于同年8月6日修改《原子能法》,确定至2022年底淘汰核能。

煤炭的淘汰随后也提上日程。2020年8月,《煤炭淘汰法》发布,规定逐步减少煤炭发电,并最迟至2038年完全停用煤电。

为弥补核能与煤电退出的缺口,德国聚焦于加强对可再生能源的扶持,要求在2030年将可再生能源发电占总用电量比值从原计划的50%提高到65%,并在2050年实现发电领域温室气体净零排放。

在可再生能源转型背景下,北海丰富的风电资源和陆地太阳能资源的开发利用,被视为德国可再生能源转型的重点方向。德国政府于2010年9月28日出台《环保、可靠和可负担的能源供应的能源方案》(以下简称能源转型方案),计划到2050年德国可再生能源和可再生能源发电须分别占到终端能源消耗和总用电量的60%和80%。

乌克兰危机促使德国加速可再生能源转型,聚焦通过可再生能源的发展摆脱对俄罗斯化石能源依赖。2022年德国政府修订了能源转型方案,以保障德国到2030年实现可再生能源占电力系统能源消耗量80%的中期目标。其中,太阳能发电设备由于可以在建筑物、湖面、山体等复杂地理位置安装,具有分布式利用与开发优势,是德国可再生能源转型进程中不得不重视的一环。

产业竞争力不足

虽然德国较早开始重视可再生能源的利用与开发,但多方面原因也导致目前其可再生能源产业缺少国际竞争力。

一方面,缺乏针对性产业政策的投入与引导,太阳能产业失去先发优势。历届德国政府在经济治理过程中重视竞争中性原则,即提供一个确保各类型企业公平竞争的市场,少有选择性干预的产业政策来扶持某个具体产业。这也造成德国太阳能产业在初始阶段缺少相关政策、资金支持,失去了参与国际竞争的先发优势。

另一方面,关键性原材料匮乏、精炼加工产能不足,对德国太阳能产业发展形成较大抑制。硅、铜、稀土等是太阳能产业的关键性原材料,而德国受限于矿产资源匮乏,相关产品对外依存度较高。

同时,德国等欧洲国家普遍缺乏矿产品精炼加工产能,大量生产传统太阳能电池所需的硅、稀土生产于亚洲尤其是中国。在欧盟“关键原材料”清单中,中国已成为20种关键原材料的主要生产国。

就此,在产业方面竞争力不足的背景下,德国不得不另辟蹊径,试图通过在技术、标准领域不断塑造优势,以参与到日益激烈的全球可再生能源竞争中。

有机太阳能电池的“弯道超车”?

德国有机太阳能电池技术的发展起步较早。早在2001年,为解决当时太阳能电池主要依靠硅、稀有金属合金制成的面板价格昂贵,影响社会普及的问题,德国奥尔登堡大学、德累斯顿大学、弗劳恩霍夫太阳能研究所等科研机构宣布,合作研制成功了以普通有机聚合物为核心的太阳能电池,但稳定的光电转换效率仅为2%。

2008年7月,德国联邦教研部投资1600万欧元启动了有机光伏能源供给(OPEG)项目,该项目由赫利亚技术公司、巴斯夫公司、德累斯顿大学应用研究所等8个公司和研究机构共同攻关。据德国联邦教研部网站信息,2009年OPEG项目研究取得重大突破,以塑料为原材料的叠层有机太阳能电池转换效率提高至5.9%,具有更轻薄灵活且成本低廉的优势。

根据今年7月德国《商报》报道,有机太阳能电池即将取得新的突破。由碳氢化合物为原材料的小面积单节有机太阳能电池最高效率突破19%,已达到大规模商用标准。该太阳能电池不需要硅、稀土等原材料,轻薄且可弯曲,具有“颠覆”太阳能产业的可能性。

近20年来,德国屡屡实现有机太阳能技术的突破,原因有三:

在原材料方面摆脱对外依赖。以碳氢化合物为原材料的小面积单节有机太阳能电池原材料获取难度小,能够彻底解决原材料获取的问题。

对德国而言,绿色产业发展不仅事关能源领域变革,同时还会带来更大规模的产业革命。

例如,来自电动汽车与电池技术的冲击正在颠覆建构于内燃机技术的欧洲汽车产业,作为汽车大国的德国面临比其他国家程度更深的潜在冲击。因此,突破性清洁技术的创新发展并投入市场运用,不仅能够带动能源系统的转型升级,同时还将确保德国未来在绿色经济领域的全球领先地位,进而带动制造业的转型振兴及其就业岗位的持续增长。

德国瞄准有机太阳能电池,有意对冲压力,避免产业大量流失。欧盟企业因乌克兰危机造成的能源成本飙升而面临较大的经营困难,部分制造业企业不得不停产、减产,乃至放弃或转移在欧盟本土的投资计划,欧盟面临“产业空心化”不断加剧的现实挑战。

2022年8月美国提出的《通胀削减法案》被视为是对欧盟绿色产业冲击最大的外部挑战。多家欧洲头部企业,如瑞典绿色电池制造商北方伏特公司、瑞士太阳能组件制造商迈尔-布格尔公司、西班牙能源巨头伊维尔德罗拉电力公司、宝马以及特斯拉等,纷纷表示计划减少在欧投资或增加在美投资。德国经济界甚至认为这一趋势将使德国成为“工业博物馆”。

纵观德国制造业发展历程,通过“技术优势”获取“成本优势”,加之德国精益求精的工匠精神,是其工业品在国际竞争中长盛不衰的根源所在。一旦德国通过有机太阳能电池确定新的绿色技术路径,培育新的技术优势,进而掌握未来全球太阳能关键设备专利与话语权,其或将在未来全球可再生能源转型进程中再塑绿色产业国际竞争力。

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