明日之星：移动能源领风骚

　　明日之星：移动能源领风骚

　　钱理

　　移动能源产品体系

　　移动能源系统简称移动能源，以可移动分布式发电技术为基础，薄膜发电技术为代表，通过与储能、控制、信息通信等技术的有机结合，实现能源可移动、全天候、高效率的供应。目前移动能源技术能够与多个领域的数十种产品结合，实现对原有产业和产品的升级与改造。移动能源应用可分为通用型应用和集成嵌入型应用，其中，通用型应用以传统充电宝、太阳能充电包为代表，现阶段发展良好；集成嵌入的移动能源系统主要应用于个人电子信息设备、户外用品、交通工具和航空航天器。

　　个人电子信息设备。随着移动互联网的蓬勃发展，个人电子信息设备的需求日益增长，且呈现出多样化及个性化的发展趋势。将移动能源技术广泛应用于个人信息设备不仅有助于实现用户对于能源利用方便、智能的需求，也利于满足用户对于产品多样化和个性化的需要。

　　户外用品

　　户外用品主要包括可穿戴设备、户外帐篷、背包、炊具等，是移动能源应用较广的领域之一。结合不同产品的形状和使用特点为户外用品安装移动能源系统，实现能源的便利、高效供应。

　　交通工具

　　在各类交通工具中，电动汽车是移动能源最重要的应用市场。目前全球电动汽车保有量已经超过40万辆，经测试，理想情况下在6平方米的车顶及车身，如果铺上高效率薄膜太阳能电池，平均每天等效发电小时数约4小时，可以驱动一辆1吨重的汽车匀速行驶80-100公里，即通过薄膜太阳能电池可以实现汽车在阳光下边行驶边充电，满足自身电力需求，摆脱对化石能源和充电桩的依赖。

　　航空航天

　　航空航天应用领域中，应用最广泛的为无人机，无人机可以用来建设空中基站，也可以进行空中的实时监测、遥感勘测等，是一个增长潜力巨大的产业。利用高效薄膜太阳能电池提供动力，可以大幅提高无人机在空中的停留时间，大大增加了无人机的续航能力和机动性。

　　特种产品

　　近年来，移动能源在特种应用领域受到日益广泛关注，相比传统的能源供给，移动能源可提供可靠、便捷、机动的能源供给，可成为特种应用领域的重要装备。

　　除了上面提到的五个应用领域，在离网的分布式发电领域也有移动能源的身影，多应用于智能交通、各种类型的传感器等方面。

　　移动能源产业链

　　移动能源产业链主要包括了上游核心技术研发及高端装备制造，中游移动能源产品生产，以及下游移动能源产品的各种应用；同时也涉及分布式发电、储能等相关产业。

　　移动能源产业属于新兴产业，其特征包括：

　　·属于资本、技术密集型产业，进入壁垒高；

　　·资产专用性强，技术含量高；

　　·产业链长，对其他产业的拉动性强；

　　·满足用户多样化及个性化需求；

　　·可与其他产业实现嵌入和融合；

　　·未来市场潜力大，是全球性产业。

　　从产业链看，移动能源产业有明显的“高地”，各环节价值分配存在显著差距。

　　上游核心技术及高端装备整合领先各产业环节，具有技术和资本密集的特点，加上成本控制优势和良好议价能力，预计未来其将站在行业的最高点。

　　在下游环节，主要是系统集成和终端应用，是与传统行业结合的过程，相应的设备制造企业和辅料企业一定程度上将成为薄膜或高端设备厂商的附属企业或者技术革新的源动力。

　　中游组件和芯片环节未来将仅获得较低投资回报率，整体毛利率与传统加工制造工业相近。

　　另外，移动能源产业的价值链不断分化，不仅分化成为研发、设计、生产、营销，而且在每一个领域都会有进一步细化。例如，营销渠道领域可以分化为与全球领先渠道商协作发展、建立直营店体系、经销商体系等。

　　移动能源产业链会对一国投资、就业、税收、出口、节能减排带来巨大的促进作用，一旦在核心技术研发以及高端装备制造上占据世界领先水平，必然能够真正意义上掌握移动能源价值链上的利润分配。

　　移动能源技术取得突破

　　柔性薄膜太阳能技术。薄膜太阳能技术利用太阳光中的可见光形成光电子，借助半导体吸附形成电流，实现发电，其能量转化过程是从太阳能直接转化为电能。薄膜太阳能电池生产能耗低、无环境污染、制造成本低，是太阳能光伏技术的发展方向。截至2014年底，全球薄膜太阳能电池的产能约为8.7GW，产量约为3.4GW。其中，薄膜技术中量产比较大的是铜铟镓硒（CIGS）、碲化镉（CdTe）以及砷化镓（GaAs）薄膜技术。但是由于镉剧毒、碲稀缺等原材料方面的原因，碲化镉薄膜技术仅初具规模，未来发展有很大的制约性。

　　柔性薄膜技术的成熟产业化为能源可移动使用奠定了技术基础。CIGS薄膜技术成为第二代太阳能光伏技术的代表，具有无光致衰减、抗辐射能力强等特点，既可以是玻璃为基底的刚性组件形式（Rigid），又可以是聚合物膜为基底的柔性组件形式（Flexible），单位瓦薄膜芯片重量仅8g。借助CIGS薄膜技术生产的柔性薄膜电池属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物太阳能电池，是在不锈钢箔、聚酰亚胺等衬底上沉积5层以上薄膜而构成的光伏器件，核心部分是由p型的CIGS吸收层与n型的CdS、ZnO形成的异质结结构，吸收层可通过调节Ga的含量，使禁带宽度Eg在1.02~1.67eV之间变化。该电池可吸收光谱波长范围较广，不仅可以吸收可见光，还可以对波长介于780~1200nm之间的红外光进行有效吸收。目前，CIGS薄膜太阳能电池的研发转化率已达21.7%，并且还在以每年1个百分点左右的速度逐步提升，典型电池结构如图2、3所示：

　　高效柔性薄膜太阳能技术的产业化为能源可移动使用提供了更高效的解决方案。砷化镓薄膜技术采用金属有机气相沉积设备，在砷化镓衬底上生长电池膜层后做背电极，再将PET柔性衬底层压到背电极，最后将砷化镓衬底剥离。砷化镓薄膜技术禁带宽度较宽，光谱响应性和太阳光谱更匹配，具有超高的转换效率以及在高温和弱光等条件下具有优异的性能表现。以GaAs为主要光吸收材料可制备GaAs薄膜太阳能电池。目前，单结的砷化镓电池理论效率超过30%，多结的砷化镓电池理论效率超过50%，可集成在多种柔性衬底上，制备出超轻、超薄的柔性组件，适用于太阳能汽车、电子产品、航天、军用等应用领域。典型的GaAs薄膜太阳能电池结构如图4所示：

　　智能路由管理技术

　　当具备移动发电功能的各类设备达到一定覆盖率后，需要进一步通过能源智能路由管理技术实现能源的优化利用，在发电设备与用电设备之间进行能源的合理、有效分配。

　　与区域智能能源分配技术理念相似，由于能源的生产与使用在时间及负荷上存在差异，需要对各种发电设备的发电功率以及用电设备的用电功率进行整体评估与监控，并通过储能与无线电力传输技术实现电力在不同设备之间的存储与输送。

　　高端装备

　　目前，移动能源高端装备（生产线）的发展刚刚起步，主要借助柔性CIGS溅射技术、柔性CIGS共蒸技术以及柔性GaAs薄膜技术实施移动能源薄膜电池的制备。具体的生产工艺流程如下所述。

　　柔性CIGS溅射技术生产工艺流程如图3-5所示，即首先在柔性不锈钢衬底上通过精确地调节各元素配比、利用溅射技术制备金属CuIn或CuInGa预制层，然后再对其进行硒化处理，电池间连接使用独特的低阻抗栅线技术（Ultra Wire），可以制备出均匀性好，致密度高，薄膜与衬底附着力强的CIGS薄膜。

　　柔性CIGS共蒸技术利用被蒸发物在高温时的真空蒸发来进行薄膜沉积，是典型的物理气相沉积工艺。生产工艺流程如图6所示，即首先在柔性不锈钢衬底上溅射沉积Mo背电极，再用共蒸法沉积CIGS膜层，接着采用化学水浴法制备CdS缓冲层形成异质结构，然后在其上溅射沉积TCO导电膜层、丝网印刷方式制备顶电极，最后利用串接方式封装成不同规格的组件。该技术的优势在于材料利用效率高，初始物料成本低，可全自动生产，阻水耐用性很强。

　　柔性GaAs薄膜技术工艺流程如图3-7所示，即采用金属有机气相沉积（MOCVD）设备，在GaAs衬底上生长电池膜层后做背电极，再将PET柔性衬底层压到背电极，最后将GaAs衬底剥离，衬底可重复利用数十次甚至上百次。

　　移动能源专利

　　中国是全球移动能源专利最重要流向地。从专利申请总数流向来看，CIGS相关全球专利在中国的申请量比重最大，其次为日本、美国和韩国。从首次申请专利流向来看，中国、日本、美国和韩国同样是最大的四个目标国家，这表明上述国家光伏产业的需求和市场很大，申请人更愿意在上述国家提出专利申请以使得相关的产品和技术得到保护。

　　根据编撰团队调研数据，目前我国某企业领先全球，其通过内部专利挖掘及海外并购，已在全球范围内建立了自己的专利网。截止2015年10月，该企业拥有专利申请1319件，其中中国专利申请868件、占比为65.8%，美国247件、占比18.7%。

　　我国移动能源发展存在的问题和障碍

　　目前，我国移动能源产业显现出良好的发展势头，但仍存在一些问题，这些问题会随着国际市场竞争而越发明显。

　　政府引导不足，战略高度不够。现阶段，移动能源产业尚处于市场孕育阶段，关键的薄膜太阳能技术和高端装备成本相对较高，阻碍了产业升级的步伐。如果没有政府对技术研发和装备升级的资金支持，单靠企业的一己之力很难实现技术和装备资源有效整合，促进全行业转型升级。鉴于此，我国政府亟需借鉴韩国信息产业的发展经验，确立移动能源产业在经济发展中的重要地位，通过法律政策、投资补贴、税收贷款、市场引导等手段进行宏观引导和扶持。

　　技术和装备国产化转化不足。移动能源发展离不开高新技术和高端装备的支撑，高端成套装备进口会推高成本，阻碍技术创新。目前，国内移动能源行业中的部分企业已引进国外多项太阳能薄膜技术和高端装备，制备的CIGS和GaAs薄膜电池性能良好，但国产化转化不足，技术消化吸收和再创新进程缓慢，且未能有效将自身技术优势转化为规模优势，下一步需加大自主研发力度，尽快实现技术和装备国产化，促进移动能源产业快速发展。

　　产业链不成熟，行业融合不足。现阶段，我国移动能源产业链尚不成熟，上游核心技术和高端装备国产化转化不足，下游移动能源应用领域有待进一步加强，且产业链各环节企业间协同合作程度较低。同时，由于移动能源系统可实现能源可移动、全天候、高效率的供应，使得其可于传统行业较好的实现融合，但目前行业融合力度不足，对传统行业的改造和升级不够。

　　移动能源产业自主创新人才短缺。自主创新人才是实现移动能源产业整体跃升和跨越发展的关键因素。随着移动能源国际竞争的日益激烈，我国移动能源产业尖端关键技术不可能依赖进口，而主要依赖于自主创新，自主创新人才的需求会持续加大。目前，在移动能源产业的发展过程中人才显现出结构性短缺的现象，适应未来移动能源高、精、尖技术发展要求的创新人才较为缺乏，亟需进一步加大培养力度，提高产业自主创新能力。

　　市场培育不足，消费者认知有待提高。移动能源作为新兴产业，处于市场化起步阶段，目前潜在的巨大市场需求尚未大规模转化为现实。究其原因在于移动能源产业面临价格高、市场培育不足，消费者认知不够等问题，需要通过政府补贴等方式引导市场应用，推进商业模式创新，完善市场应用环境。