攻克光伏产业计量“卡脖子”技术,厚植高质量发展绿色底色
前言:从上天入海的大国重器,到智能化数字化的现代生活,福建省市场监管局以计量工具箱,筑基福建新质生产力高质量发展。为积极推进产业计量测试中心建设,大力提升计量服务产业效能,展现福建计量助力经济社会高质量发展成效,现聚焦光伏产业计量、碳计量、海洋高端装备产业计量等,推出“福建计量赋能新质生产力”系列报道。
科技创新能够催生新产业、新模式、新动能,是发展新质生产力的核心要素。而计量作为科技创新和产业高质量发展的重要技术基础,被喻为工业生产的“眼睛”和“神经”。自2013年以来,市场监管总局在全国范围内有计划地开展了国家产业计量测试中心的建设工作。福建省市场监管局切实加强计量科技创新,加快计量测试服务体系建设,筑牢发展新质生产力的计量基础。
2013年,福建省市场监管局发挥福建省计量科学研究院全省技术机构“领头雁”作用,在重点领域、重点项目上寻求突破,获批设立国家光伏产业计量测试中心(以下简称:光伏中心)。多年来,光伏中心坚持以科技创新为抓手,着力在标准、科研、技术服务上同时发力,加强面向产业发展需求的前沿技术研究,推进产业发展亟需的技术创新和成果转化应用,主导编制的SEMI国际半导体产业协会标准,填补了光伏电池、组件缺陷检测方法的国际性空白,推动新能源、绿色环保领域产业转型升级,厚植高质量发展绿色底色。
作为新能源领域朝阳产业的光伏产业,其每一步发展都离不开精准可靠的计量测试。
光伏中心成立以来,深入了解光伏产业计量需求,着力解决困扰我国光伏产业“测不了”、“测不准”、“测不快”的计量难题;首创双面太阳电池测量方法和装置、钙钛矿光伏器件测量方法及标准;每年服务光伏全产业链400多家企业、研发机构和高校;主要光伏企业服务覆盖率超过90%;中心于2020年成为全国唯一一家被列入“世界太阳电池效率纪录表”认可的全球9家测量机构之一,打破欧美日澳垄断,解决了“卡脖子”难题。近三年来,光伏中心的测量数据为10家国内外光伏企业、研究机构14次登录“纪录表”,占近4年世界纪录的19.4%,彰显中国光伏计量的国际地位和话语权。
太阳电池经过多次技术迭代,材料工艺、外观形貌和发电性能有了较大变化和提升 陈玉明 摄
变光为电 拨开钙钛矿电池测量迷雾
在光伏产业的快速发展中,如何针对前瞻性计量测试技术、产业关键共性计量技术等开展科研攻关,突破“卡脖子”关键技术,成为光伏中心思考最多的问题之一。宁德时代新能源科技股份有限公司(以下简称:宁德时代),作为全球领先的新能源创新科技公司,致力于以新能源“光储充”技术提供革命性能耗解决方案,全面替代化石能源,而新型钙钛矿发电技术是该战略需要攻坚补齐的最后一块版图。
由于宁德时代无法准确测量新型钙钛矿太阳电池关键发电参数,针对这一技术难题,光伏中心组建科技特派员团队,紧贴企业需求,研发了新型钙钛矿太阳电池关键发电参数测量评估方法和装置,高效解决新型钙钛矿太阳电池“测不了”和“测不准”两大难题。
“我们团队针对测量技术问题与光伏技术发展趋势等内容,不定期组织技术团队交流探讨,为实验室管理人员和一线技术人员开展专项培训。同时,深入剖析钙钛矿太阳能电池测试中遇到的多方面难题及其成因,并提供相应的解决方法。”光伏中心技术团队负责人表示,针对宁德时代中试线生产设备和实验室检测设备性能评估的需求,团队提供了数十次现场实地测量评估,累计评估产线设备和专用测量试验设备等近五十台件,保障宁德时代中试线设备性能达标与顺利投产,推动其研发的新型钙钛矿电池和光伏组件在短短一年时间内光电转换效率水平接近世界最高纪录,也为其参与钙钛矿领域国际竞争奠定坚实基础。
精准测量 领跑车用光伏技术成果转化
随着能源转型,光伏技术逐渐应用于汽车领域,车用光伏玻璃应运而生。然而,这一创新技术在实际应用中却遭遇了测量难题。
作为专注于汽车安全玻璃领域的领军企业,福耀玻璃工业集团股份有限公司(以下简称:福耀集团)率先研发车用光伏玻璃组件,将太阳能转化为电能,以提高汽车能效。“由于车用光伏玻璃组件的曲面特性,在实际测量中出现了诸如定位不准、接触不佳、温度调控复杂及反射干扰等问题,妨碍了对车用光伏玻璃性能的有效评估及生产过程中的质量控制。”福耀集团玻璃工程研究院相关负责人表示,因为现有太阳模拟器评估标准基于平板光伏组件制定,无法准确评估曲面车用光伏玻璃组件,且沿用传统的平面光伏组件测量方法也无法达到所需的准确度,这大大影响了发电性能的准确评估和产品定价。
太阳模拟器性能评估
面对这一困境,光伏中心迅速组建了一支涵盖计量、光学、机械、电学等多领域的专业技术团队,集中力量进行攻关。“经过理论分析,我们创新性地提出‘模拟阳光空间辐照度不均匀度和光谱匹配度’的概念,根据太阳模拟器的光路设计与车顶光伏组件的曲率特征,在垂直方向上将空间划分为多个平面。同时,开发了专门针对车用光伏玻璃组件的发电性能测量方法,确保测量过程中温度数据的准确性。”光伏中心技术团队负责人表示,该方法将太阳模拟器的性能评估从二维拓展到三维,为测量精准性提供了有力支撑,实现了车用光伏玻璃测量方法零的突破,真正让汽车变成一个可移动的“充电宝”。
“‘模拟阳光空间辐照度不均匀度和光谱匹配度’以及‘车用光伏玻璃组件电性能测量方法’,均属于行业首创。”光伏中心技术团队负责人介绍,为测量车用光伏玻璃组件用的太阳模拟器性能提出的新评估方法,解决了传统方法无法准确评估设备性能的难题,填补了行业在该方面的空白。而车用光伏玻璃组件电性能测量方法,首次针对车顶用光伏玻璃曲率导致的定位、温控、反射等问题,提出了解决方法,为新型光伏产品的发电性能精准测量提供了新思路。
据光伏中心技术团队负责人介绍,该中心在科研攻关和标准化工作上齐头并进,填补相应领域的空白,达到国际领先水平。通过联合宁德时代等单位完成市场监管总局科技项目《钙钛矿光伏器件性能提升、测量方法及标准化研究》;共同起草福建省地方标准《DB35/T 2143-2023 钙钛矿太阳电池转换效率测评规程》,为相关光伏企业的钙钛矿太阳电池的生产和研发提供了专业测量设备、评估方法和性能提升方案,助推国内光伏企业实现生产效率、研发质量和创新能力的跨越提升,助力光伏产品技术迭代、降本增效。基于中心的前沿测量能力,福建省人民政府将光伏中心纳入福建省“十四五”战略性新兴产业发展专项规划的创新平台;福建省科技厅授予新能源“一带一路”联合共建实验室。特别是,光伏中心作为国家发改委“高效太阳电池装备与技术”国家工程研究中心9家联合筹建单位之一,正在积极开展相应的研究任务;与产业深度融合,实现以计量科技创新推动产业创新是光伏中心和产业命运共同体的最佳范式、最好写照。
计量是重要的产业技术支撑,也是提升产业核心竞争力的关键。福建省市场监管局积极开展产业计量测试中心建设工作,不断完善产业计量测试服务体系,大力培育新质生产力,助推产业转型升级。近年来,光伏中心已建立150多项光伏相关的检测能力,几十项关键参数测量能力,为光伏产业发展的核心技术所需的测量提供支撑服务,积极服务“一带一路”沿线各国的光伏企业,服务足迹遍布我国23个省市自治区和亚非欧多国,解决当地企业在产品国际认证的技术需求,助力中国光伏产业走向世界。
夯实计量基础是实现高水平科技自立自强的根本要求和重要基石,为推动新质生产力的快速发展注入源源不断的动力。福建省市场监管局相关负责人表示,未来将主动顺应新一轮科技革命和产业变革趋势,围绕装备制造、绿色低碳等领域,加强基础性、前沿性和共性计量科研攻关,着力解决战略性新兴产业对精准测量测试的需求与计量供给的“卡脖子”问题,不断完善量值传递溯源体系,加快构建现代先进测量体系,为赋能新质生产力、推进产业高质量发展提供强有力的支撑。(供稿人:张晓玲)