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杜邦的蜕变之路

2016年07月21日 星期六 来源:索比光伏网 我来说两句 保存为书签

杜邦是什么?除了关注金融的朋友知道在与陶氏化学合并之后,新的市值高达1300亿的“杜邦陶氏”将成为化工领域的超级巨无霸之外,说起来,绝大多数民众对于杜邦这家全球五百强企业的了解并不多。

对于飞行旅客来说,可能会好奇飞机舱内壁饰的保护层到底是什么?

爱美的女性也很少会想穿在腿上的丝袜是谁的发明?

新装修的家庭,会为家庭选择哪款可擦洗壁纸?

出海捕鱼的渔民,会通过经验选择耐腐蚀、更结实的尼龙渔网。

“特氟龙?”许多人会反问:“难道不是不粘锅的牌子吗?”

提问:保护了全球警察40余年的凯芙拉防弹衣到底是一款产品代号还是公司名称?

这些答案,都源自杜邦。近半个世纪,人们一直在讨论登月到底是真实发生还是冷战阴谋,但很少有人知道阿姆斯特朗的25层宇航服中的23层材料都同样出自杜邦。

这家以“科学”为追求的公司很少出现在人前,或自己独立经营某种成品,但就是这样“看不见”的杜邦,给世界带来显而易见的改变。

200年的“科技树”:卅年修得Solamet®,百年修得Tedlar®

杜邦一直说材料是关键™,其实这只是针对相对成熟的行业而言的。对于新兴产业,材料并不仅决定产品品质的关键,而是基础。关系着是否能将人类的奇思妙想变成现实。

在杜邦,年均研发投入约19亿美元,占销售额8%,其中光伏研发团队就拥有200位博士。这些投入并不会全部收到成效。万仞高山永远是金字塔结构,真正站在顶峰的只是漫长积累、市场选择后脱颖而出的一小部分。

但同样曾付出的心血也不会白费,在杜邦200年的研发过程中,总会有意外的惊喜:1945年,杜邦开发了聚四氟乙烯,这款产品最早用于军工,后来被一些宅男涂在鱼线上防止打结。后来一位法国工程师的妻子突发奇想,将其制成不粘锅用于厨房,解放了无数家庭主妇。

那么问题来了,杜邦200年的“科技树”上,到底还有哪些是可以这样开发的产品?

对于杜邦来说,很多类似科技产品的应用渠道并不是该公司主动去推广,而是研发各种各样具备不同特性的基础材料,“等待伯乐”让这些材料大放异彩的那一刻。

在二十世纪七十年代遇见光伏之前,杜邦在氟材料行业已经等了40年。1931年,杜邦推出了氟丁橡胶,拉开了在氟材料领域近百年的史诗。

在1988年3月15日美国航空航天局的科学家确认了氯氟烃(CFC)对臭氧层的破坏后72小时后,杜邦公布了逐步停止使用CFC的计划。当时,全球有价值1350亿美元的设备依赖CFC,而杜邦的市场占有率为25%(杜邦CFC产品的商标是氟利昂),是一款拥有巨大市场的高利润产品。两年后,杜邦推出舒瓦——首个环境友好型制冷剂,并带动了一系列CFC替代产品的问世。杜邦最终于1994年停产CFC,比原先的承诺提早了5年。目前杜邦能够生产类别最全面的环境友好型高效制冷剂产品。

在此之后,杜邦在产品设计阶段就运用一系列专门的工具来对其潜在的市场价值、产品对环境的影响和安全监管等进行评估,通过后才会投入研发。

继1945年开发聚四氟乙烯之后,1961年,杜邦推出了单氟材料,聚氟乙烯,也就是今天的Tedlar®氟膜背板材料。10余年后,美国能源部的航空航天局NASA就已经开发出了可以使用30年的晶硅组件,最终组件设计都选用了玻璃/EVA/Tedlar®背板的封装形式,一种能够历经风刀霜剑、岁月侵蚀仍然耐久不衰的材料,就此拉开杜邦与光伏背板界的大幕。

历史并未即刻赋予光伏行业应有的使命,直到上世纪90年代,美国才出台“百万屋顶”计划;2004年,德国施罗德政府推出《可再生能源法》,光伏行业蓬勃兴起;2008年前后,杜邦产能不足,行业出现严重的紧缺,一些其它背板材料趁势而起。

在这段长达40年的时间里,杜邦的Tedlar®PVF 薄膜几乎是唯一的光伏背板材料。对于光伏行业来说:TPT=背板。2009年笔者问过杜邦中国市场的一位高管:“哪些光伏电池和组件企业是你们的客户?”他笑着回答说:“你要问的应该是哪家不是吧?”

2016年初,中国可再生能源学会光伏专委会开展了寻找最美中国老组件的活动。由行业专家组成的技术团队不远万里走访了位于中国12个省的偏远地区,先后对25个光伏电站共计超过200兆瓦、运行了数十年的光伏组件进行全面体检,为世人揭开老组件的长寿之秘。

这些最美老组件历经炎热、潮湿、寒冷和干燥等极端气候的考验,至今仍熠熠生辉,坚持不懈、默默为偏远山区提供珍贵的电力。专家组发现采用基于双面Tedlar® PVF 薄膜的TPT背板,用20、30年前的工艺做的光伏组件仍然非常坚挺,还在正常发电,这都得益于高可靠的材料保障了组件的长期可靠性。

其中有一块组件,接线盒外壳都已经烧化,但经过重新接线后,仍然正常工作。再如云南林场一批老组件,经过现场户外功率测试仪分析,已经运行 20年的老组件功率衰减共计约14.5%,年均功率衰减约为0.7%。同时,经检测,黄度b*值变化仅为1.6-1.8。

这些老组件都均采用了基于杜邦™ Tedlar®PVF 薄膜的背板。而当记者用手摸一块仅仅使用了7年的劣质非氟背板时,发现整个组件背板都已经呈粉状。“掐指一算”,从2009年敦煌10MW特许权招标到现在,中国光伏电站正好处于“七年之痒”的阶段。

“日久弥新,成就价值。这是杜邦光伏解决方案的价值所在。”杜邦光伏与先进材料全球总裁徐成增说,“通常光伏电站的寿命被设计为25年,但实际上,优秀的组件已经证明了在恶劣环境下仍然能拥有超过30年的使用寿命。”

杜邦光伏与先进材料全球总裁徐成增

杜邦在氟材料领域的研发将近一世纪,其中应用在背板领域的Tedlar® 聚氟乙烯材料已经有超过50年的辉煌历史,以此材料发展出的双向拉伸薄膜至今为止是唯一通过30年以上户外实绩验证的背板材料。

至于银浆,从1990年开始杜邦的导电银浆一举将电池转换效率推升到二位数,使光伏发电的商业化运用成为可能,随后在2011年前后,当时低磷浓度扩散电极技术从理论上可行,但没人做得出来:原因在于传统正银浆料无法实现好的欧姆接触。2011年,杜邦推出了革命性的产品杜邦™Solamet® PV17x系列浆料,引起业界轰动。其中PV17A是业内第一款适用于低表面浓度掺杂即LDE扩散工艺的正银浆料,配合全新的扩散思路,带动整个光伏行业转换效率迈上了新的台阶,Solamet® PV17x也被誉为神浆。

亿晶光电采用专为PERC电池技术设计的杜邦™Solamet®导电浆料整合方案,于单晶局部背钝化组件实现18.7%的转换效率,60片电池的单晶组件功率可达到305瓦。(图片由亿晶光电提供)

随着用户要求更加“苛刻”,杜邦的“神浆”已经持续开发到PV19x系列,此外,对于不同电池结构与技术,杜邦也不断引领行业创新,持续把效率提升,例如针对局部背钝化电池(PERC)的整体解决方案,以及针对N型电池、HIT等前沿技术路线都有相应的技术储备。“我们能做的就是为未来可能出现的使命召唤而不断地研发。”徐成增说。日前亿晶宣布将杜邦的Solamet® 银浆应用与该公司的PERC电池中,成为业内首批实现PERC组件批量生产的组件企业之一,杜邦用于局部背钝化电池的整体浆料解决方案可帮助电池转换效率提升0.15%。

分子与分母:杜邦的光伏公式

1920年,杜邦公司发明了著名的杜邦分析法,本来应用于内部业绩考核的方法被全球各大公司追捧。即便是现在,那些代表人类未来发展方面的硅谷科技公司,用的大多也是这个诞生于96年前的“老办法”。从那以后,杜邦就一直习惯性的用数据来说话。

那么在光伏行业,杜邦的算法是什么?

“光伏行业的共同发展目标是平价上网。”徐成增说,“要实现平价上网,一方面要增加单位面积、单位瓦数的光伏电站发电量,另一方面要持续降低生产成本。”徐成增将其比作算式中的分子与分母,“分子”投资成本越低、“分母”总发电量越高,表示每度电的单位成本越低,也越接近平价上网。目前光伏行业普遍更加关注分子,而作为分母的长期可靠性(使用周期内的总发电量)其实对投资回报更加重要。比如使用寿命从10年延长到25年,投资回报可增加30%以上。而最近一些使用未经验证背板材料的组件,在安装3-4年后就出现了大规模户外开裂问题,对电站业主和组件厂都造成了巨大的损失。

杜邦在光伏行业最主要的两种产品:

光伏背板与光伏浆料,恰巧处于算式的两端,通过浆料技术的研发不断提高光伏电池转换效率、降低耗量;在保证可靠性的前提下不断延长组件寿命,降低单位成本。

徐成增说,“10年前生产1GW光伏电池需要80吨银浆,现在只需要26吨,到明年可以降到24吨,用量降低了70%。”通过研发,新一代的导电银浆栅线越来越细、高宽比更好,单位受光面积增加,性能也大幅提升。

过去八年中,光伏浆料推出了120个新产品,将太阳能电池转换效率提升了30%。“同等条件下,最新型浆料可以让光伏组件多发30%的电量。”他补充说。

时至今日,杜邦的产品售价仍然会稍高于其它品牌的产品,但徐成增却对市场形势表示乐观:“现在组件、电站投资企业都在谈LCOE(度电成本),我感到很欣慰。市场总是有阶段性发展,但终究回归理性,杜邦给行业有不可磨灭的贡献,也给我们创新的动力。”

杜邦是业内最早将推广理念延伸至下游电站投资商的材料企业。在杜邦和业内一批领先企业如台虹、伊索、乐凯等背板制造商的推动下,中电投、中广核等企业已经充分了解关键材料如背板的重要性,而不仅从价格作为唯一的采购标准,这样的转变对国内光伏行业的发展来说,是一大正面的提升。

解决问题的第一步就是承认问题的存在。杜邦向业内推出了免费体检服务,但让电站投资商承认自己的电站存在问题需要很大的勇气。“加拿大的一家电站投资商,一开始也不给我们看,后来主动找我们,用了未经验证材料的背板导致背板龟裂,我们一起探讨了解决方案。”徐成增说,“

现在的实验室单一加速老化测试太温和,不能匹配实际应用情况。在实际应用环境中,组件是同时经受紫外、温湿、冷热应力等考验的。杜邦推荐的测试方法是序列老化测试,也就是将紫外、湿热、冷热循环等加速老化测试按一定顺序对同一块组件样品进行测试。这样可以更好的模拟户外多种老化应力,同时也具有可操作性。

通过序列老化测试,我们已经可以模拟出了目前出现的背板户外大规模开裂问题。这是现在的单项测试所模拟不出来的。对于目前很多背板商为降本而提出的背板材料减薄的做法,徐成增也有不同看法“必须要对应组件安装的环境、气候条件,例如在中国西部的荒漠,风沙磨损与紫外强度都很大,太薄的外层材料根本无法抵挡。”

徐成增提出了“健康三高”的目标:高效、高可靠性、高投资收益。为了进一步实现这一目标,1月1日,杜邦光伏与先进材料事业部整合正式成立,把光伏背板和浆料业务合并在一起,为光伏行业的发展进行更有针对性的创新。

“想要持续发展,可靠性必须得到保证,给投资者和政府信心。”徐成增说,“我给公司同事和业内朋友讲,我们既然热爱这个行业,就要一起在光伏行业做到退休。

 
 
 

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