海外产业|日本《钙钛矿太阳能电池战略》到2040年实现20GW钙钛矿装机!

2024-12-06 15:43

钙钛矿技术的产业化依赖于全行业众多企业的“众智众力”与创新合作。日本的这份战略蓝图内容非常详尽,在宏观产业逻辑、需求数据测算、产业和合作支持方式、企业研发方向和进展、下游施工实证探索、电池回收利用、国际行业标准等方面有一定借鉴和启发意义,可供国内同行们参考,共同在构建绿色、低碳、可持续的道路上贡献更多钙钛矿行业力量!

#1 日本制定《下⼀代钙钛矿太阳能电池战略》的目标和背景

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日本政府制定了一项面向2040年的能源战略,预估未来随着半导体和AI数据中心等发展而用电量大涨,日本政府也希望通过下一代太阳能电池来满足电力需求。日本经济产业省(METI)发布了《下⼀代钙钛矿太阳能电池战略》,计划到2040年实现约20GW的钙钛矿太阳能电池的装机容量。

日本企业曾⼀度占据全球太阳能电池市场的半壁江山,但如今却遭遇了竞争力大幅下降的现状,而钙钛矿,尤其是柔性钙钛矿电池正是日本选中的“国策”。为了在未来的全球钙钛矿竞争格局中占据一定先机,日本产业经济省认为必须努力实现与全球其他国家(目前主要为中国)相当的钙钛矿投资规模和量产落地。

#2 日本经济产业省(METI)首次成立钙钛矿全国产业委员会(2024年5月)

2024年5月21日,日本经济产业省为了扩大钙钛矿太阳能电池引进并增强产业竞争力,成立了一个高校学者、太阳能电池企业、相关产业团队、地方政府等公共和私人组织组成的委员会。目前,截止2024年11月28日,共包含249家参与者,几乎全日本的科技企业均参与其中,包括了积水化学、钟化集团、东芝集团、松下控股、爱信等知名日企,以及东京都、京都府等地方政府。

该委员会每个月开一次沟通会,成立7个月以来,共计开会8次。

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#3 日本经济产业省(METI)发布了《下⼀代钙钛矿太阳能电池战略》(2024年11月28日)

(1) 日本太阳能电池产业回顾

日本企业曾一度占据全球太阳能电池市场的半壁江山,但如今却遭遇了竞争力大幅下降的现状。日本以1973年的石油危机为契机,以阳光计划为开端,开始了太阳能面板的技术开发,2000年左右,达到了世界份额的50%。2005年以后,中国崛起,受此影响,日美、德势力的市场占有率同时下降,而日本的市场占有率不足1%。

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(2)新一代钙钛矿太阳能电池的产业定位&企业进展

由于日本国土面积狭小,现有晶硅光伏板安装所引起的土地纠纷屡见不鲜。钙钛矿太阳能电池充分利用了轻量、柔软、阴雨天弱光发电等特征,可以解决立面(屋顶、墙壁、窗户)的安装问题以节省土地资源,同时降低日本海洋性气候多雨天对发电效率的影响(钙钛矿可实现阴雨天弱光发电)。

日本国内多家企业已经有相当进展,特别是薄膜型(柔性),在大尺寸面积和寿命方面领先世界,关于玻璃型(刚性)、串联型(叠层)也在进行开发。


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(3)钙钛矿太阳能电池全球需求估算

根据波士顿咨询测算,发电成本、产量、需求量进行动态计量分析,发电成本为10-14日元/kWh时,预计2040年的全球需求量约为500-1000GW左右。特别是当发电成本为10日元/kWh时,预计将超过TW的需求量。

针对上述需求,日本企业不仅要满足国内需求,也有必要着眼于相应的海外需求。

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(4)钙钛矿太阳能电池战略作战图(暨十五年计划):

基于对过去的人才、装备、产业技术、政策等因素而失去产业竞争力的反省,以世界市场为目标,以世界领先的“规模”和“速度”,制定年度目标,在量产技术、生产体制、创造需求上强化产业竞争力,构筑适合各种主体的产业推进体制。

以五年、十年、十五年为目标,详细制定了短期(2025年~)、中期(2030年~)、长期(2040年~)目标,计划到2040年实现约20GW的钙钛矿太阳能电池的项目装机容量。力争将每千瓦时发电成本从 2025 年的 20 日元降至 2030 年的 14 日元,最终到 2040 年降至 10 日元。

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上游:

材料端:现有光伏所采用的原料晶硅主要产自中国,而日本则是钙钛矿的重要原料之一碘的全球第二大原材料生产国,碘是钙钛矿太阳能电池生产中的关键原材料。日本在原材料生产和关键薄膜材料制造上有许多可见优势,可以实现强大供应链并实现稳定供应。战略中清晰罗列了钙钛矿电池各层所需要的不同原材料(包含厚度、密度、用量、资源储备量等细节信息)。

中游:

生产制造端:围绕钙钛矿太阳能电池,中国和欧洲等也在相继研究量产,为提高在太阳能电池方面的竞争力,政府计划援助日本制造商助力研究开发和实现量产工作。在生产装备制造、量产技术、关键诀窍工艺等方面进行资金支持(648亿日元的GI基金支持计划)。

下游:

施工安装实证探索:在遵守建筑基准法等相关法令的基础上,推进各种设置形态的社会场景安装实证,推进施工性的产品开发及施工方法的确立,根据验证结果进行改良,促进钙钛矿太阳能电池的实用化。同时,着手道路等基础设施空间利用的探索。

电池回收、废弃再利用:以资源回收率80%以上的分离技术为目标,实施材料再利用技术,建立低成本的循环利用系统,实现电池全生命周期管理,提高产业附加价值。

其他配套政策支持:在人才培养、会计税务制度、终端用户补助等方面进行资金和制度支持。

国际行业标准:2024年3月成立国际标准化讨论委员会,由产综研等相关人员进行太阳能电池性能评价,开始研究相关的标准规格,制定太阳能电池IEC标准的标准草案的讨论和制定。