攻克光伏産業計量“卡脖子”技術,厚植高品質發展綠色底色
前言:從上天入海的大國重器,到智慧化數字化的現代生活,福建省市場監管局以計量工具箱,築基福建新質生産力高品質發展。為積極推進産業計量測試中心建設,大力提升計量服務産業效能,展現福建計量助力經濟社會高品質發展成效,現聚焦光伏産業計量、碳計量、海洋高端裝備産業計量等,推出“福建計量賦能新質生産力”系列報道。
科技創新能夠催生新産業、新模式、新動能,是發展新質生産力的核心要素。而計量作為科技創新和産業高品質發展的重要技術基礎,被喻為工業生産的“眼睛”和“神經”。自2013年以來,市場監管總局在全國範圍內有計劃地開展了國家産業計量測試中心的建設工作。福建省市場監管局切實加強計量科技創新,加快計量測試服務體系建設,築牢發展新質生産力的計量基礎。
2013年,福建省市場監管局發揮福建省計量科學研究院全省技術機構“領頭雁”作用,在重點領域、重點項目上尋求突破,獲批設立國家光伏産業計量測試中心(以下簡稱:光伏中心)。多年來,光伏中心堅持以科技創新為抓手,著力在標準、科研、技術服務上同時發力,加強面向産業發展需求的前沿技術研究,推進産業發展亟需的技術創新和成果轉化應用,主導編制的SEMI國際半導體産業協會標準,填補了光伏電池、組件缺陷檢測方法的國際性空白,推動新能源、綠色環保領域産業轉型升級,厚植高品質發展綠色底色。
作為新能源領域朝陽産業的光伏産業,其每一步發展都離不開精準可靠的計量測試。
光伏中心成立以來,深入了解光伏産業計量需求,著力解決困擾我國光伏産業“測不了”、“測不準”、“測不快”的計量難題;首創雙面太陽電池測量方法和裝置、鈣鈦礦光伏器件測量方法及標準;每年服務光伏全産業鏈400多家企業、研發機構和高校;主要光伏企業服務覆蓋率超過90%;中心於2020年成為全國唯一一家被列入“世界太陽電池效率紀錄表”認可的全球9家測量機構之一,打破歐美日澳壟斷,解決了“卡脖子”難題。近三年來,光伏中心的測量數據為10家國內外光伏企業、研究機構14次登錄“紀錄表”,佔近4年世界紀錄的19.4%,彰顯中國光伏計量的國際地位和話語權。
太陽電池經過多次技術迭代,材料工藝、外觀形貌和發電性能有了較大變化和提升 陳玉明 攝
變光為電 撥開鈣鈦礦電池測量迷霧
在光伏産業的快速發展中,如何針對前瞻性計量測試技術、産業關鍵共性計量技術等開展科研攻關,突破“卡脖子”關鍵技術,成為光伏中心思考最多的問題之一。寧德時代新能源科技股份有限公司(以下簡稱:寧德時代),作為全球領先的新能源創新科技公司,致力於以新能源“光儲充”技術提供革命性能耗解決方案,全面替代化石能源,而新型鈣鈦礦發電技術是該戰略需要攻堅補齊的最後一塊版圖。
由於寧德時代無法準確測量新型鈣鈦礦太陽電池關鍵發電參數,針對這一技術難題,光伏中心組建科技特派員團隊,緊貼企業需求,研發了新型鈣鈦礦太陽電池關鍵發電參數測量評估方法和裝置,高效解決新型鈣鈦礦太陽電池“測不了”和“測不準”兩大難題。
“我們團隊針對測量技術問題與光伏技術發展趨勢等內容,不定期組織技術團隊交流探討,為實驗室管理人員和一線技術人員開展專項培訓。同時,深入剖析鈣鈦礦太陽能電池測試中遇到的多方面難題及其成因,並提供相應的解決方法。”光伏中心技術團隊負責人表示,針對寧德時代中試線生産設備和實驗室檢測設備性能評估的需求,團隊提供了數十次現場實地測量評估,累計評估産線設備和專用測量試驗設備等近五十台件,保障寧德時代中試線設備性能達標與順利投産,推動其研發的新型鈣鈦礦電池和光伏組件在短短一年時間內光電轉換效率水準接近世界最高紀錄,也為其參與鈣鈦礦領域國際競爭奠定堅實基礎。
精準測量 領跑車用光伏技術成果轉化
隨著能源轉型,光伏技術逐漸應用於汽車領域,車用光伏玻璃應運而生。然而,這一創新技術在實際應用中卻遭遇了測量難題。
作為專注于汽車安全玻璃領域的領軍企業,福耀玻璃工業集團股份有限公司(以下簡稱:福耀集團)率先研發車用光伏玻璃組件,將太陽能轉化為電能,以提高汽車能效。“由於車用光伏玻璃組件的曲面特性,在實際測量中出現了諸如定位不準、接觸不佳、溫度調控複雜及反射干擾等問題,妨礙了對車用光伏玻璃性能的有效評估及生産過程中的品質控制。”福耀集團玻璃工程研究院相關負責人表示,因為現有太陽模擬器評估標準基於平板光伏組件制定,無法準確評估曲面車用光伏玻璃組件,且沿用傳統的平面光伏組件測量方法也無法達到所需的準確度,這大大影響了發電性能的準確評估和産品定價。
太陽模擬器性能評估
面對這一困境,光伏中心迅速組建了一支涵蓋計量、光學、機械、電學等多領域的專業技術團隊,集中力量進行攻關。“經過理論分析,我們創新性地提出‘模擬陽光空間輻照度不均勻度和光譜匹配度’的概念,根據太陽模擬器的光路設計與車頂光伏組件的曲率特徵,在垂直方向上將空間劃分為多個平面。同時,開發了專門針對車用光伏玻璃組件的發電性能測量方法,確保測量過程中溫度數據的準確性。”光伏中心技術團隊負責人表示,該方法將太陽模擬器的性能評估從二維拓展到三維,為測量精準性提供了有力支撐,實現了車用光伏玻璃測量方法零的突破,真正讓汽車變成一個可移動的“充電寶”。
“‘模擬陽光空間輻照度不均勻度和光譜匹配度’以及‘車用光伏玻璃組件電性能測量方法’,均屬於行業首創。”光伏中心技術團隊負責人介紹,為測量車用光伏玻璃組件用的太陽模擬器性能提出的新評估方法,解決了傳統方法無法準確評估設備性能的難題,填補了行業在該方面的空白。而車用光伏玻璃組件電性能測量方法,首次針對車頂用光伏玻璃曲率導致的定位、溫控、反射等問題,提出了解決方法,為新型光伏産品的發電性能精準測量提供了新思路。
據光伏中心技術團隊負責人介紹,該中心在科研攻關和標準化工作上齊頭並進,填補相應領域的空白,達到國際領先水準。通過聯合寧德時代等單位完成市場監管總局科技項目《鈣鈦礦光伏器件性能提升、測量方法及標準化研究》;共同起草福建省地方標準《DB35/T 2143-2023 鈣鈦礦太陽電池轉換效率測評規程》,為相關光伏企業的鈣鈦礦太陽電池的生産和研發提供了專業測量設備、評估方法和性能提升方案,助推國內光伏企業實現生産效率、研發品質和創新能力的跨越提升,助力光伏産品技術迭代、降本增效。基於中心的前沿測量能力,福建省人民政府將光伏中心納入福建省“十四五”戰略性新興産業發展專項規劃的創新平臺;福建省科技廳授予新能源“一帶一路”聯合共建實驗室。特別是,光伏中心作為國家發改委“高效太陽電池裝備與技術”國家工程研究中心9家聯合籌建單位之一,正在積極開展相應的研究任務;與産業深度融合,實現以計量科技創新推動産業創新是光伏中心和産業命運共同體的最佳範式、最好寫照。
計量是重要的産業技術支撐,也是提升産業核心競爭力的關鍵。福建省市場監管局積極開展産業計量測試中心建設工作,不斷完善産業計量測試服務體系,大力培育新質生産力,助推産業轉型升級。近年來,光伏中心已建立150多項光伏相關的檢測能力,幾十項關鍵參數測量能力,為光伏産業發展的核心技術所需的測量提供支撐服務,積極服務“一帶一路”沿線各國的光伏企業,服務足跡遍佈我國23個省市自治區和亞非歐多國,解決當地企業在産品國際認證的技術需求,助力中國光伏産業走向世界。
夯實計量基礎是實現高水準科技自立自強的根本要求和重要基石,為推動新質生産力的快速發展注入源源不斷的動力。福建省市場監管局相關負責人表示,未來將主動順應新一輪科技革命和産業變革趨勢,圍繞裝備製造、綠色低碳等領域,加強基礎性、前沿性和共性計量科研攻關,著力解決戰略性新興産業對精準測量測試的需求與計量供給的“卡脖子”問題,不斷完善量值傳遞溯源體系,加快構建現代先進測量體系,為賦能新質生産力、推進産業高品質發展提供強有力的支撐。(供稿人:張曉玲)