杜邦是什么?除了關注金融的朋友知道在與陶氏化學合并之后,新的市值高達1300億的“杜邦陶氏”將成為化工領域的超級巨無霸之外,說起來,絕大多數民眾對于杜邦這家全球五百強企業的了解并不多。
對于飛行旅客來說,可能會好奇飛機艙內壁飾的保護層到底是什么?
愛美的女性也很少會想穿在腿上的絲襪是誰的發明?
新裝修的家庭,會為家庭選擇哪款可擦洗壁紙?
出海捕魚的漁民,會通過經驗選擇耐腐蝕、更結實的尼龍漁網。
“特氟龍?”許多人會反問:“難道不是不粘鍋的牌子嗎?”
提問:保護了全球警察40余年的凱芙拉防彈衣到底是一款產品代號還是公司名稱?
這些答案,都源自杜邦。近半個世紀,人們一直在討論登月到底是真實發生還是冷戰陰謀,但很少有人知道阿姆斯特朗的25層宇航服中的23層材料都同樣出自杜邦。
這家以“科學”為追求的公司很少出現在人前,或自己獨立經營某種成品,但就是這樣“看不見”的杜邦,給世界帶來顯而易見的改變。
200年的“科技樹”:卅年修得Solamet?,百年修得Tedlar?
杜邦一直說材料是關鍵?,其實這只是針對相對成熟的行業而言的。對于新興產業,材料并不僅決定產品品質的關鍵,而是基礎。關系著是否能將人類的奇思妙想變成現實。
在杜邦,年均研發投入約19億美元,占銷售額8%,其中光伏研發團隊就擁有200位博士。這些投入并不會全部收到成效。萬仞高山永遠是金字塔結構,真正站在頂峰的只是漫長積累、市場選擇后脫穎而出的一小部分。
但同樣曾付出的心血也不會白費,在杜邦200年的研發過程中,總會有意外的驚喜:1945年,杜邦開發了聚四氟乙烯,這款產品最早用于軍工,后來被一些宅男涂在魚線上防止打結。后來一位法國工程師的妻子突發奇想,將其制成不粘鍋用于廚房,解放了無數家庭主婦。
那么問題來了,杜邦200年的“科技樹”上,到底還有哪些是可以這樣開發的產品?
對于杜邦來說,很多類似科技產品的應用渠道并不是該公司主動去推廣,而是研發各種各樣具備不同特性的基礎材料,“等待伯樂”讓這些材料大放異彩的那一刻。
在二十世紀七十年代遇見光伏之前,杜邦在氟材料行業已經等了40年。1931年,杜邦推出了氟丁橡膠,拉開了在氟材料領域近百年的史詩。
在1988年3月15日美國航空航天局的科學家確認了氯氟烴(CFC)對臭氧層的破壞后72小時后,杜邦公布了逐步停止使用CFC的計劃。當時,全球有價值1350億美元的設備依賴CFC,而杜邦的市場占有率為25%(杜邦CFC產品的商標是氟利昂),是一款擁有巨大市場的高利潤產品。兩年后,杜邦推出舒瓦——首個環境友好型制冷劑,并帶動了一系列CFC替代產品的問世。杜邦最終于1994年停產CFC,比原先的承諾提早了5年。目前杜邦能夠生產類別最全面的環境友好型高效制冷劑產品。
在此之后,杜邦在產品設計階段就運用一系列專門的工具來對其潛在的市場價值、產品對環境的影響和安全監管等進行評估,通過后才會投入研發。
繼1945年開發聚四氟乙烯之后,1961年,杜邦推出了單氟材料,聚氟乙烯,也就是今天的Tedlar?氟膜背板材料。10余年后,美國能源部的航空航天局NASA就已經開發出了可以使用30年的晶硅組件,最終組件設計都選用了玻璃/EVA/Tedlar?背板的封裝形式,一種能夠歷經風刀霜劍、歲月侵蝕仍然耐久不衰的材料,就此拉開杜邦與光伏背板界的大幕。
歷史并未即刻賦予光伏行業應有的使命,直到上世紀90年代,美國才出臺“百萬屋頂”計劃;2004年,德國施羅德政府推出《可再生能源法》,光伏行業蓬勃興起;2008年前后,杜邦產能不足,行業出現嚴重的緊缺,一些其它背板材料趁勢而起。
在這段長達40年的時間里,杜邦的Tedlar?PVF 薄膜幾乎是唯一的光伏背板材料。對于光伏行業來說:TPT=背板。2009年筆者問過杜邦中國市場的一位高管:“哪些光伏電池和組件企業是你們的客戶?”他笑著回答說:“你要問的應該是哪家不是吧?”
2016年初,中國可再生能源學會光伏專委會開展了尋找最美中國老組件的活動。由行業專家組成的技術團隊不遠萬里走訪了位于中國12個省的偏遠地區,先后對25個光伏電站共計超過200兆瓦、運行了數十年的光伏組件進行全面體檢,為世人揭開老組件的長壽之秘。
這些最美老組件歷經炎熱、潮濕、寒冷和干燥等極端氣候的考驗,至今仍熠熠生輝,堅持不懈、默默為偏遠山區提供珍貴的電力。專家組發現采用基于雙面 Tedlar? PVF 薄膜的TPT背板,用20、30年前的工藝做的光伏組件仍然非常堅挺,還在正常發電,這都得益于高可靠的材料保障了組件的長期可靠性。
其中有一塊組件,接線盒外殼都已經燒化,但經過重新接線后,仍然正常工作。再如云南林場一批老組件,經過現場戶外功率測試儀分析,已經運行 20年的老組件功率衰減共計約14.5%,年均功率衰減約為0.7%。同時,經檢測,黃度b*值變化僅為1.6-1.8。
這些老組件都均采用了基于杜邦? Tedlar?PVF 薄膜的背板。而當記者用手摸一塊僅僅使用了7年的劣質非氟背板時,發現整個組件背板都已經呈粉狀?!捌敢凰恪?,從2009年敦煌10MW特許權招標到現在,中國光伏電站正好處于“七年之癢”的階段。
“日久彌新,成就價值。這是杜邦光伏解決方案的價值所在?!倍虐罟夥c先進材料全球總裁徐成增說,“通常光伏電站的壽命被設計為25年,但實際上,優秀的組件已經證明了在惡劣環境下仍然能擁有超過30年的使用壽命?!?/p>
杜邦光伏與先進材料全球總裁徐成增
杜邦在氟材料領域的研發將近一世紀,其中應用在背板領域的Tedlar? 聚氟乙烯材料已經有超過50年的輝煌歷史,以此材料發展出的雙向拉伸薄膜至今為止是唯一通過30年以上戶外實績驗證的背板材料。
至于銀漿,從1990年開始杜邦的導電銀漿一舉將電池轉換效率推升到二位數,使光伏發電的商業化運用成為可能,隨后在2011年前后,當時低磷濃度擴散電極技術從理論上可行,但沒人做得出來:原因在于傳統正銀漿料無法實現好的歐姆接觸。2011年,杜邦推出了革命性的產品杜邦?Solamet? PV17x系列漿料,引起業界轟動。其中PV17A是業內第一款適用于低表面濃度摻雜即LDE擴散工藝的正銀漿料,配合全新的擴散思路,帶動整個光伏行業轉換效率邁上了新的臺階,Solamet? PV17x也被譽為神漿。
億晶光電采用專為PERC電池技術設計的杜邦?Solamet?導電漿料整合方案,于單晶局部背鈍化組件實現18.7%的轉換效率,60片電池的單晶組件功率可達到305瓦。(圖片由億晶光電提供)
隨著用戶要求更加“苛刻”,杜邦的“神漿”已經持續開發到PV19x系列,此外,對于不同電池結構與技術,杜邦也不斷引領行業創新,持續把效率提升,例如針對局部背鈍化電池(PERC)的整體解決方案,以及針對N型電池、HIT等前沿技術路線都有相應的技術儲備。“我們能做的就是為未來可能出現的使命召喚而不斷地研發?!毙斐稍稣f。日前億晶宣布將杜邦的Solamet? 銀漿應用與該公司的PERC電池中,成為業內首批實現PERC組件批量生產的組件企業之一,杜邦用于局部背鈍化電池的整體漿料解決方案可幫助電池轉換效率提升0.15%。
分子與分母:杜邦的光伏公式
1920年,杜邦公司發明了著名的杜邦分析法,本來應用于內部業績考核的方法被全球各大公司追捧。即便是現在,那些代表人類未來發展方面的硅谷科技公司,用的大多也是這個誕生于96年前的“老辦法”。從那以后,杜邦就一直習慣性的用數據來說話。
那么在光伏行業,杜邦的算法是什么?
“光伏行業的共同發展目標是平價上網。”徐成增說,“要實現平價上網,一方面要增加單位面積、單位瓦數的光伏電站發電量,另一方面要持續降低生產成本?!毙斐稍鰧⑵浔茸魉闶街械姆肿优c分母,“分子”投資成本越低、“分母”總發電量越高,表示每度電的單位成本越低,也越接近平價上網。目前光伏行業普遍更加關注分子,而作為分母的長期可靠性(使用周期內的總發電量)其實對投資回報更加重要。比如使用壽命從10年延長到25年,投資回報可增加30%以上。而最近一些使用未經驗證背板材料的組件,在安裝3-4年后就出現了大規模戶外開裂問題,對電站業主和組件廠都造成了巨大的損失。
杜邦在光伏行業最主要的兩種產品:
光伏背板與光伏漿料,恰巧處于算式的兩端,通過漿料技術的研發不斷提高光伏電池轉換效率、降低耗量;在保證可靠性的前提下不斷延長組件壽命,降低單位成本。
徐成增說,“10年前生產1GW光伏電池需要80噸銀漿,現在只需要26噸,到明年可以降到24噸,用量降低了70%。”通過研發,新一代的導電銀漿柵線越來越細、高寬比更好,單位受光面積增加,性能也大幅提升。
過去八年中,光伏漿料推出了120個新產品,將太陽能電池轉換效率提升了30%?!巴葪l件下,最新型漿料可以讓光伏組件多發30%的電量?!彼a充說。
時至今日,杜邦的產品售價仍然會稍高于其它品牌的產品,但徐成增卻對市場形勢表示樂觀:“現在組件、電站投資企業都在談LCOE(度電成本),我感到很欣慰。市場總是有階段性發展,但終究回歸理性,杜邦給行業有不可磨滅的貢獻,也給我們創新的動力?!?/p>
杜邦是業內最早將推廣理念延伸至下游電站投資商的材料企業。在杜邦和業內一批領先企業如臺虹、伊索、樂凱等背板制造商的推動下,中電投、中廣核等企業已經充分了解關鍵材料如背板的重要性,而不僅從價格作為唯一的采購標準,這樣的轉變對國內光伏行業的發展來說,是一大正面的提升。
解決問題的第一步就是承認問題的存在。杜邦向業內推出了免費體檢服務,但讓電站投資商承認自己的電站存在問題需要很大的勇氣?!凹幽么蟮囊患译娬就顿Y商,一開始也不給我們看,后來主動找我們,用了未經驗證材料的背板導致背板龜裂,我們一起探討了解決方案。”徐成增說,“
現在的實驗室單一加速老化測試太溫和,不能匹配實際應用情況。在實際應用環境中,組件是同時經受紫外、溫濕、冷熱應力等考驗的。杜邦推薦的測試方法是序列老化測試,也就是將紫外、濕熱、冷熱循環等加速老化測試按一定順序對同一塊組件樣品進行測試。這樣可以更好的模擬戶外多種老化應力,同時也具有可操作性。
通過序列老化測試,我們已經可以模擬出了目前出現的背板戶外大規模開裂問題。這是現在的單項測試所模擬不出來的。對于目前很多背板商為降本而提出的背板材料減薄的做法,徐成增也有不同看法“必須要對應組件安裝的環境、氣候條件,例如在中國西部的荒漠,風沙磨損與紫外強度都很大,太薄的外層材料根本無法抵擋?!?/p>
徐成增提出了“健康三高”的目標:高效、高可靠性、高投資收益。為了進一步實現這一目標,1月1日,杜邦光伏與先進材料事業部整合正式成立,把光伏背板和漿料業務合并在一起,為光伏行業的發展進行更有針對性的創新。
“想要持續發展,可靠性必須得到保證,給投資者和政府信心?!毙斐稍稣f,“我給公司同事和業內朋友講,我們既然熱愛這個行業,就要一起在光伏行業做到退休。