潘錦功:追“光”賦能 重新定義綠色建筑的價值
潘錦功,美國新澤西理工大學博士,教授級高級工程師,新澤西理工大學碲化鎘材料研究中心創始人、四川省“天府峨眉計劃”專家、成都市“蓉漂計劃”專家、全國僑聯特聘專家、四川省頂尖創新團隊帶頭人,現任成都中建材光電材料有限公司總經理。
成都中建材總經理潘錦功
正如潘錦功所欣賞的喬布斯曾說過的那句話,“創新是無盡的勇氣和頑強的毅力的結晶。”在經歷十余年的砥礪前行之后,潘錦功和碲化鎘發電玻璃終于走到了舞臺中央,開始收獲成果。從無人問津、質疑不斷,到柳暗花明、客戶盈門,“這過程中間我們經歷了10年!”
受到政策、市場的多重利好刺激,近年來,BIPV(光伏建筑一體化)正在快速發展,中國的碲化鎘發電玻璃也終于迎來了高速發展時期,在今年3月底斬獲“第七屆中國工業大獎”表彰獎的成都中建材碲化鎘發電玻璃工廠,更是吸引眾多合作者慕名而來。
7月7日,在中國水泥網在重慶舉辦的“2023中國水泥節能與新能源發展大會”上,成都中建材光電材料有限公司總經理(下稱“成都中建材”)潘錦功博士在向筆者談起碲化鎘發電玻璃時,依然聲音高亢、激情澎湃,10余年艱難創業的磨礪,從未消減他的斗志。
后起之秀 重新定義建筑的價值
碲化鎘發電玻璃是一種將碲化鎘(CdTe)光電材料生長在普通玻璃上,使普通玻璃從絕緣體變成能夠發電的新型綠色建材。與傳統光伏產品不同,碲化鎘發電玻璃可直接作為建筑材料使用,成為建筑的一部分,真正實現將建筑從“耗能中心”轉變為“產能中心”,因其擁有卓越的優勢而被寄予厚望:
吸收光線能力強。吸收94%可見光,陰天下雨或者清晨傍晚等弱光條件也能發電,可以解決玻璃幕墻的光污染問題;
光電轉化效率高。碲化鎘薄膜太陽能電池的理論光電轉換效率約為33%;
溫度系數低,高溫損耗最小。溫度系數比傳統太陽能電池低一半左右,所以對于高溫、沙漠及潮濕地區等嚴苛應用環境更具有適應性;
價格親民。因其發電膜層材料僅2微米厚,制造成本低,有利于大規模應用。
安全性能高。碲化鎘是穩定的化合物,正常使用下沒有鎘的釋放,能被安全使用。且碲化鎘發電玻璃通過防火等級(Class A)測試。
碲化鎘發電玻璃產品被稱為是“掛在墻上的油田”,作為新型建筑材料,實現了色彩、圖案、尺寸、透光度可定制、透光率可調,為建筑設計提供更加廣闊的選擇,滿足現代建筑的“低碳美學”需求。
憑借出色的功能優勢,碲化鎘發電玻璃非常適合應用于分布式、構件化、集成化的綠色建筑,因此被BIPV市場所看好。尤其是近幾年的雙碳大背景下,綠色建筑比例和要求越來越高,碲化鎘發電玻璃的應用也越來越被重視。
在交流中,潘錦功認為,如果說過去的幾百年,建筑的價值被限制在遮風擋雨的功能性內,那么未來100年,BIPV是光電材料和建筑材料的有機結合,建筑將被賦予新的價值:“它應該是綠色低碳的,還應該是節能、產能的,它甚至還將有金融屬性,這是一個很大的變革,而碲化鎘發電玻璃是目前最被看好的BIPV材料之一,將為建筑的新“價值”賦能。”
使用了成都中建材碲化鎘發電玻璃的國家電網100%新能源新型電力系統示范項目
十年磨一劍 終迎收獲期
今天來看,碲化鎘發電玻璃應用場景日漸豐富,案例也逐漸增多,且擁有著廣闊發展前景,但由于碲化鎘發電玻璃生產的技術和資金壁壘較高,市場內企業數量較少,即使全球范圍而言,從事該產品規模化生產的企業都不多。在中國也是近十幾年陸續有少數幾家公司能夠生產碲化鎘發電玻璃,國產化之路甚是艱辛。
2010年,潘錦功回國創業,致力于大面積碲化鎘發電玻璃的研發和產業化。
2013年,潘錦功帶領下的成都中建材在凱盛集團戰略指導下,逐步開始完成光電材料上下游產業鏈整合,含碲鉍礦選冶、濕法冶金加工、高純稀散金屬材料提純及化合物半導體制備等關鍵環節,確保了碲原料的穩定供應。
這期間,美國政府代表團曾三次赴公司游說潘錦功前往美國,公司也曾經歷了銀行抽貸、礦山開發被叫停、公司賬戶被查封、人員流失等一系列困難,“最困難的時候,公司300多名員工只剩下29人”,潘錦功感慨道,“過程真是太難了。”
但最終,潘錦功和團隊的堅持終于迎來了收獲期。
2016年,成都碲化鎘發電玻璃項目獲國家發改委“增強國家制造業核心競爭力重大工程”專項支持1.59億。
2017年,成都中建材終于成功生產出世界第一塊大面積(1.92平方米)碲化鎘發電玻璃。
2018年,成都中建材大面積碲化鎘發電玻璃生產線在成都雙流正式投產,使中國成為首個自主擁有大面積碲化鎘發電玻璃的國家,產品當年批量供應市場并實現盈利。
2019年,成都中建材碲化鎘發電玻璃技術理論榮獲愛迪生發明獎、中國建材聯合會技術發明一等獎、第21屆國際工業博覽會新材料獎;入選工信部《重點新材料首批應用示范指導目錄》;
2020年,項目榮獲“中國好技術”稱號;入選國家發改委《綠色技術推廣目錄》。
2021年,項目生產線轉化效率達16.18%,產品入選國家“十三五”科技創新成果展,成為中國日報向國外宣傳的三個重大技術之一;成都中建材承擔國家發改委攀西戰略重點項目(碲化鎘發電玻璃用核心原料-5N碲化鎘高產能低成本合成關鍵技術與合成設備)。
2022年,實驗室轉化效率達20.84%,再次刷新了最高記錄;榮獲四川省科技進步一等獎;入選參加慶祝香港特別行政區成立25周年舉辦的“創科博覽2022”;入選國管局《公共機構綠色低碳技術》、《四川省住房城鄉建設領域推廣應用類新技術(第一批)》。
今年3月,成都中建材碲化鎘發電玻璃項目斬獲“第七屆中國工業大獎”表彰獎。
2023年3月,成都中建材碲化鎘項目斬獲“第七屆中國工業大獎”表彰獎
總結成都中建材的碲化鎘發電玻璃技術,潘錦功認為其解決了國內工業領域4大難題:
一是單質材料提純:碲與砷、硒等關鍵雜質的沉積電位、飽和蒸氣壓等理化性質接近,含碲原料和高純碲制備去除分離雜質難度極大。
二是半導體合金制備:碲化鎘合金制備過程中蒸氣壓大,產物偏析嚴重,極易爆炸。
三是鍍膜工藝開發:在大面積基板玻璃上鍍膜,溫場難以控制,同時由重力和高溫耦合作用引起的基板形變,無法實現均勻鍍膜。
四是成套裝備設計:動態連續鍍膜過程中,膜層內部、不同膜層界面之間極產生缺陷,難以實現穩定量產。
技術和項目的不斷取得碩果固然能夠給團隊帶來了突破的喜悅,但真正令潘錦功和團隊欣慰和自豪的則是來自于技術產品的不斷應用于現實中的各種場景、幫助到各種人,“希望我們這個產品能給每一個人造福,給民族造福,是我們做技術研發的人最期待的!”潘錦功說。
使用了碲化鎘發電玻璃的麗江水泥廠外立面改造項目
走在浪潮最前沿的人
近年來,隨著光伏發電與建筑的跨界融合、模式創新頻現,BIPV的場景日漸多元化,據估算,BIPV未來市場規模將有望達到1.7-3.6萬億。乘上了BIPV“東風”的碲化鎘發電玻璃亦是前景一片大好。
不過,雖然在國外碲化鎘發電玻璃已經有多年發展,但在國內,至今仍還算是一個新鮮事物,未被市場普遍接受,持續提升轉化效率,推動更多場景應用落地,將是當下碲化鎘發電玻璃技術需要重點解決的問題。
對此,潘錦功并未過于擔憂,他認為,科研和產品開發過程就像競技體育一樣,凝聚團隊的力量,保持好奇心、充滿激情,忍受過程中的痛苦和失敗,“只有你當了冠軍以后,回味的時候,你才有你的喜悅”。
同時,他也期待政府更大力度的扶持,更精準政策的落地,能為碲化鎘發電玻璃產業的發展帶來“爆發性的市場”。
如今,成都中建材的碲化鎘發電玻璃項目達200余個,如北京冬奧會、國家超高壓變流站、深圳北站、合肥新橋國際機場三期等項目,還承建了亞洲最大碲化鎘發電玻璃地面電站——“奧運走廊”赤城山地修復電站。
一步步看到這個顛覆性的產品逐漸被大眾所接受,潘錦功也慶幸自己的堅持,“在浪潮前面的永遠是少數人,在金字塔頂端的人永遠是少數人,面對創新的態度,決定了你在金字塔中的位置?!?/p>
編輯:趙華
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