寫在電池進(jìn)入家庭之際

    鋰電世界  文孫立清
    北京理工大學(xué)電動(dòng)車輛國家工程實(shí)驗(yàn)室
    北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院
    中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)電動(dòng)車輛專業(yè)委員會(huì)

    1. 大背景
   
    目前的大背景可簡列如下：

    （1）新能源/汽車開始進(jìn)入爆發(fā)期；

    （2）互聯(lián)網(wǎng)+背景下跨界成共識(shí)和趨勢(shì)；

    （3）太陽能電池發(fā)電效率大幅提升；

    （4）動(dòng)力與儲(chǔ)能電池技術(shù)進(jìn)步、價(jià)格逐步降低、應(yīng)用上開始放量；

    （5）能源互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)得到認(rèn)可并成為資本市場的風(fēng)口；

    （6）新技術(shù)、新產(chǎn)品、新模式和新業(yè)態(tài)得到政府支持和民間認(rèn)可；

    （7）共享經(jīng)濟(jì)；

    （8）新能源/汽車補(bǔ)貼正當(dāng)時(shí)；

    （9）充電基礎(chǔ)設(shè)施待破解；

    （10）電力改革大幕已開。

    2. 現(xiàn)狀與事實(shí)

    （1） 太陽能電池將開始進(jìn)入家庭、太陽能全動(dòng)力汽車不再遙遠(yuǎn)
　
    根據(jù)漢能控股集團(tuán)公布，Solibro之1.0平方厘米面積CIGS薄膜太陽能實(shí)驗(yàn)室電池已達(dá)致20.5%轉(zhuǎn)換效率，較去年2014年12月中發(fā)布的19.6%再進(jìn)一步。有關(guān)成果已由國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）測試及認(rèn)證，其為美國主要的可再生能源及能源效益研發(fā)實(shí)驗(yàn)室。根據(jù)最新刊發(fā)的期刊《ProgressinPhotovoltaics：ResearchandApplications》，當(dāng)中提出的CIGS太陽能實(shí)驗(yàn)室電池經(jīng)確認(rèn)最高之轉(zhuǎn)換效率為19.8%。而2014年12月17日?qǐng)?bào)道噴墨印刷膜電池實(shí)現(xiàn)75％以上的轉(zhuǎn)換效率，2014年12月18日有報(bào)道轉(zhuǎn)換效率75％以上的被視為終極太陽能電池的是“量子點(diǎn)太陽能電池”研發(fā)獲得突破，日本正在把新一代太陽能電池的研發(fā)作為國家項(xiàng)目進(jìn)行推進(jìn)。轉(zhuǎn)換效率75％以上的量子點(diǎn)太陽能電池研發(fā)獲得突破晶體硅太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的極限約為30％，而量子點(diǎn)太陽能電池有望達(dá)到其2倍以上。此背景下，中國太陽能設(shè)備制造商收購了美國柔性薄膜電池技術(shù)公司Alta Devices（該公司擁有的砷化鎵(GaAs)柔性薄膜電池技術(shù)，是目前世界上最薄、最輕、轉(zhuǎn)化效率最高的太陽能柔性薄膜技術(shù)，經(jīng)美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證，其雙結(jié)電池片的發(fā)電效率可高達(dá)30.8%，為目前全球薄膜太陽能電池技術(shù)轉(zhuǎn)換率的最高世界紀(jì)錄之一。），漢能控股集團(tuán)董事局主席李河君（LiHejun）2015年2月宣布移動(dòng)能源戰(zhàn)略：以可移動(dòng)的分布式發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)，通過儲(chǔ)能、控制、信息通信等技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源的可移動(dòng)、全天候、高效率供應(yīng)。其將與三家外商、兩家中國企業(yè)共同研發(fā)并預(yù)計(jì)2015年10月量產(chǎn)3-5款太陽能全動(dòng)力汽車，新車款外殼將覆蓋6平方公尺的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到30%的柔性薄膜太陽能電池，光照4小時(shí)后，可行駛80-100公里。漢能控股集團(tuán)的家用薄膜太陽能發(fā)電系統(tǒng)整體方案充分利用薄膜太陽能技術(shù)在分布式太陽能發(fā)電方面的優(yōu)勢(shì)：薄膜太陽能具有弱光發(fā)電的特質(zhì)，在微弱的陽光照射下亦可發(fā)電，進(jìn)而增加日發(fā)電時(shí)數(shù)，尤其適用于居住在冬季陽光較弱地區(qū)的居民；薄膜太陽能電池組件承受陰影的能力較高，即使組件有些部分處于陰影下，其他部份仍可繼續(xù)發(fā)電；此外，薄膜太陽能電池組件即使不直接面向太陽也能有效發(fā)電，因此安裝時(shí)可以并列、平鋪于屋頂之上、或直立貼于墻身，家庭用戶可靈活的安裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)，同時(shí)滿足建筑物的美學(xué)需要。可移動(dòng)的分布式發(fā)電技術(shù)的成熟使得其進(jìn)入家庭成為必然。

    (2).Tesla 推出“Powerwall”系統(tǒng)，家用電池已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)

    新近，tesla宣布推出為“Powerwall”家用電池(下稱“能量墻”)和Powerpack(下稱“能量包”) ，它是既可被掛在美國家庭墻壁上為整個(gè)房屋供電，也可與電動(dòng)車一起玩耍的家用儲(chǔ)能電池。　　作為儲(chǔ)能裝置，能量墻與Model S的差別并不大：同類電池管理系統(tǒng)、技術(shù)和架構(gòu)，不同的是能量墻分為10kWh、7kWh等更小的容量，售價(jià)分別為2.17萬元人民幣(3500美元)和1.86萬元人民幣(3000美元)，此價(jià)格不包括安裝費(fèi)和逆變器的費(fèi)用。有人士引述穆迪今年1月的報(bào)告稱，電池投資成本已接近500美元~600美元/kWh，因此上述報(bào)價(jià)并不算太貴。如果按3kWh來看，包括支架、光伏組件、控制器、線纜及儲(chǔ)能裝置的話，大約是8萬元人民幣一套，而特斯拉的“能量墻”報(bào)價(jià)在1.86萬元~2.17萬元，不算貴。

    (3) 光伏電池投資已然成為回報(bào)工具

    與美國家庭接近的是澳大利亞家庭。一般情況下，電站建設(shè)方會(huì)提供給澳洲家庭1kWh~10kWh不同的套裝光伏系統(tǒng)。在英國，家用光伏發(fā)電正在成為生活中的一部分。在不列顛已經(jīng)有超過50萬個(gè)家庭在自家屋頂安置了太陽能電池板，這些光伏系統(tǒng)將會(huì)為使用者產(chǎn)生可供自己使用的電力，而且多余的電力還可以出售給電力公司。 “任何一位即將退休的人士都可以考慮將他們的積蓄投入一部分進(jìn)入太陽能，因?yàn)檫@將獲得一個(gè)比養(yǎng)老基金更好的回報(bào)。”(英國能源部長格雷格•巴克)。根據(jù)測算，在英國一個(gè)家庭花費(fèi)4950英鎊就可安裝25片薄膜電池板（3KW系統(tǒng)），平均每年可以發(fā)電3600度。這項(xiàng)投資將通過三個(gè)方面獲得相應(yīng)回報(bào)：第一、每年可以獲得576 英鎊的政府補(bǔ)貼；第二、每年可以節(jié)約261英鎊的電費(fèi)（一半發(fā)電量自用）；第三、售電收入為81 英鎊（多余的電量以每度0.045英鎊的價(jià)格賣給電網(wǎng)公司）。總體而言，這個(gè)家庭通過漢能家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)每年可以獲得918英鎊的收益，相當(dāng)于13%的年投資回報(bào)率。巴克先生表示這就使得太陽能電池投資回報(bào)高于某些養(yǎng)老基金了。以一些經(jīng)典的理財(cái)產(chǎn)品為例，現(xiàn)在每100000英鎊只能獲得大概6000英鎊的回報(bào)。

    (4) 動(dòng)力與儲(chǔ)能電池進(jìn)入家庭時(shí)機(jī)成熟

    在目前轉(zhuǎn)型的大背景下，在動(dòng)力與儲(chǔ)能電池技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)品性能逐步提高、價(jià)格逐步降低的的前提下，配合光伏和電動(dòng)汽車的推廣，動(dòng)力與儲(chǔ)能電池進(jìn)入家庭時(shí)機(jī)成熟。可以說，一直致力于通過solarcity解決電動(dòng)汽車能源供給的MUSK先生又一次吃了螃蟹，且已經(jīng)證明能為消費(fèi)者接受。

    3.初衷與影響

    我們姑且分析認(rèn)為，漢能控股集團(tuán)只是為了銷售其太陽能電池、tesla “Powerwall”家用電池也重點(diǎn)在于解決電動(dòng)汽車能源供給、澳大利亞電站建設(shè)方提供給澳洲家庭1kWh~10kWh不同的套裝光伏系統(tǒng)只是想減少電力建設(shè)的投入、英國的光伏電池還只是投資回報(bào)工具等這或是大家的初衷。但在今天的前述大背景下，其影響遠(yuǎn)大。

    筆者認(rèn)為，太陽能電池進(jìn)入家庭后將徹底改變能源供給和能源結(jié)構(gòu)；而即可固定又可移動(dòng)的家庭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將對(duì)新能源/汽車乃至智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大影響，甚至有可能顛覆
    汽車業(yè)本身。具體簡述如下：

    （1）能源供給、能源結(jié)構(gòu)和價(jià)格機(jī)制；

    （2）電力建設(shè)急迫需求得到緩解；

    （3）電力系統(tǒng)調(diào)峰更容易；

    （4）電動(dòng)汽車可以因不用時(shí)刻搭載很重的電池更高效；

    （5）樓宇設(shè)計(jì)和安全因家庭儲(chǔ)能出現(xiàn)新要求；

    （6）電池組（能量包）和功率墻需要標(biāo)準(zhǔn)化和檢測；

    （7）物聯(lián)網(wǎng)與共享；

    （8）家庭儲(chǔ)能或動(dòng)力電池包與金融結(jié)合；

    （9）新技術(shù)誕生（如能源互聯(lián)技術(shù)）；

    （10）新產(chǎn)品誕生（如能源路由器或電動(dòng)聚合器（Aggregator））；

    （11）新業(yè)態(tài)誕生（儲(chǔ)能或動(dòng)力電池包租賃服務(wù)）；

    （12）新商業(yè)模式（與家庭儲(chǔ)能或動(dòng)力電池業(yè)務(wù)相關(guān)的，也包括進(jìn)化后的能源互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式）；

    （13）跨界（互聯(lián)網(wǎng)+融入）；

    （14）不跨界的汽車企業(yè)可能被徹底顛覆；

    （15）奠定智能電網(wǎng)（未來就是能源互聯(lián)網(wǎng)）、智慧城市、智能無人駕駛互聯(lián)網(wǎng)汽車的基礎(chǔ)；

    （16）互聯(lián)網(wǎng)、電力與汽車產(chǎn)業(yè)深度大融合；

    （17）能源互聯(lián)技術(shù)和平臺(tái)成為統(tǒng)一電網(wǎng)電力和車載能源動(dòng)力系統(tǒng)的共性技術(shù)與平臺(tái)；

    （18）共享會(huì)從電動(dòng)汽車使用擴(kuò)展到車載能源系統(tǒng)；

    （19）世界統(tǒng)一于能源互聯(lián)網(wǎng)；

    （20）電力交通統(tǒng)一于車載能源互聯(lián)；

    （21）光伏+儲(chǔ)能用戶電力用戶和電動(dòng)汽車用戶脫離電網(wǎng)和充電網(wǎng)絡(luò)；

    （22）充電樁產(chǎn)業(yè)消失（車載取代或由能源路由器替代）；

    （23）電動(dòng)汽車成為能源互聯(lián)網(wǎng)不可或缺的移動(dòng)能源裝置；

    （24）電動(dòng)汽車與智慧住宅融合。
   
    在我國，已經(jīng)有外企進(jìn)入電池的檢測和認(rèn)證，并成為國內(nèi)企業(yè)通向國內(nèi)外市場尤其國外市場的必經(jīng)途徑。已經(jīng)有中興的48V50AH電池、力神的19AH的型號(hào)為LP2770134鐵鋰電池和中聚的LP200AHA電池都獲得了相應(yīng)的國際認(rèn)證。儲(chǔ)能或動(dòng)力電池也將開始逐步進(jìn)入家庭。而這影響卻將深入和持續(xù)，研究應(yīng)對(duì)上述預(yù)期的實(shí)現(xiàn)是非常重要的一項(xiàng)工作。這里筆者建議有必要做好新能源/汽車、電力和互聯(lián)網(wǎng)+融合下的新能源/汽車的頂層設(shè)計(jì)，并從技術(shù)層面提前布局，才會(huì)在即將到來的一切皆有可能的四新時(shí)代不被顛覆出歷史的舞臺(tái)。