太陽能天窗概念不算新鮮。上個(gè)世紀(jì)80年代，奧迪80 Coupé跑車上就已配套太陽能車頂，不過因?yàn)榧夹g(shù)難度及價(jià)格原因，該產(chǎn)品很長一段時(shí)間僅歸屬于豪車特配。而今，隨著全景天窗的快速發(fā)展以及節(jié)能環(huán)保大勢所趨，該產(chǎn)品再次引發(fā)各大車企關(guān)注，并開始由“王謝堂前燕”逐步被應(yīng)用于尋常車型，如豐田普銳斯PHV、大眾輝騰、昊銳等。對于這一未來全景天窗的流行趨勢，本文將從應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù)類型、發(fā)展趨勢等方面進(jìn)行360°全景透析，供車粉參考!

定義：何為太陽能天窗?

簡單來講，太陽能天窗也即是在普通天窗下面集成一塊太陽能電池板，將對人體有害的太陽的紫外和紅外輻射光能轉(zhuǎn)換成電能。而真正導(dǎo)致它與眾不同的是，太陽能天窗是你的愛車同步擁有兩大功能：一是通風(fēng)功能。尤其在烈日下停車期間通過太陽能天窗可持續(xù)為車內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)提供電能，導(dǎo)入新鮮空氣驅(qū)除車內(nèi)熱氣，以達(dá)到降溫目的。二是可以對蓄電池進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。尤其對于新能源車，更是可以有效增加續(xù)航里程。

也正因如此，太陽能天窗成為目前天窗產(chǎn)品中的“極品”。

市場應(yīng)用：20余年的“蟄伏”發(fā)展

太陽能天窗雖然近年才漸有“名氣”，不過從應(yīng)用上來講儼然已經(jīng)是蟄伏多年的“老戲骨”。

據(jù)了解，早在20多年前，天窗行業(yè)的全球第一“霸主”偉巴斯特已開始在其產(chǎn)品上布置太陽能電池，主要用以降低烈日曝曬下車廂內(nèi)的溫度。在酷夏之時(shí)降溫效果可達(dá)到20度以上。

奧迪車頂?shù)奶柲芴齑?

直到去年，豐田對太陽能天窗的另一功能“充電蓄電”進(jìn)行了重點(diǎn)開發(fā)，在其最新推出的普銳斯混動版本上，就開始利用車頂?shù)奶柲茈姵貙囕d電池包充電，該功能與制動力回收等技術(shù)一起，可使整車的油耗進(jìn)一步降低。

第三代普銳斯上的太陽能車頂

通?？从耙晞∫粋€(gè)演員要“火”需要具備扎實(shí)的功底，同時(shí)還要看天時(shí)地利和運(yùn)氣，而對于一個(gè)產(chǎn)品亦是如此。經(jīng)過20余年的錘煉，太陽能天窗技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，除豐田外，奧迪、奔馳、凱迪拉克、大眾等部分車型上亦有所配備，而今在節(jié)能減排大環(huán)境及消費(fèi)升級的市場助推下，該產(chǎn)品的增長勢頭正在萌發(fā)。

技術(shù)架構(gòu)：多種太陽能電池技術(shù)的共存衍生

太陽能天窗市場的逐漸向好，引發(fā)了諸多產(chǎn)品及技術(shù)供應(yīng)商在此方面的競相投入，而采用的解決方案和技術(shù)路徑各不相同。山迪光能公司的執(zhí)行副總蔣前哨給筆者介紹，目前太陽能行業(yè)的兩種技術(shù)：晶體硅太陽能電池技術(shù)和薄膜太陽能電池技術(shù)在汽車行業(yè)都有應(yīng)用。

技術(shù)特點(diǎn)可以梳理如下：

晶體硅太陽能技術(shù)是目前最成熟，價(jià)格也最低廉的太陽能發(fā)電技術(shù)，被大規(guī)模應(yīng)用在戶外光伏電站和居民屋頂分布式光伏系統(tǒng)上，且現(xiàn)今電池成本已經(jīng)低于1.7元/瓦。

戶外光伏電站居民屋頂分布式光伏系統(tǒng)

“單晶硅電池成本略高，但是表面顏色均勻一致，非常適合面積有限又對外觀要求較苛刻的車身上?！痹趪饪鐕髽I(yè)工作后回國在民營企業(yè)工作過多年的蔣前哨總結(jié)道。

山迪光能公司的研發(fā)總監(jiān)王明華博士給筆者介紹，福特2015年推出的Cmax插電混動概念車上，采用的是IBC(叉指電極背接觸)結(jié)構(gòu)[1]的單晶硅電池，其光電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)23%，但是需要配套的聚光頂棚和車頂?shù)碾姵毓餐ぷ鞑拍軌蜻_(dá)到理想的充電效率，使用起來略顯不便。而豐田公司2017年的插電混動版普銳斯上搭載了HIT(異質(zhì)結(jié))結(jié)構(gòu)[2]的單晶硅電池，其電池效率也高達(dá)22%。除了上述兩種電池以外，國內(nèi)各大太陽能廠家目前正在推進(jìn)PERC(背鈍化)結(jié)構(gòu)[3]的單晶硅電池的大規(guī)模生產(chǎn), PERC電池的量產(chǎn)效率目前已經(jīng)超過21%，且每瓦成本逼近多晶硅電池。

盡管晶體硅太陽能電池的應(yīng)用比較久遠(yuǎn)，也比較成熟，然其也有較難跨越的“壁壘”。蔣前哨先生指出，因?yàn)樘柲芄杵挥?.2mm厚而且是脆性材料，應(yīng)用到車頂?shù)膹澢砻嫔?，需要特殊的壓合工藝，才能夠保證較高的良品率，目前掌握此技術(shù)的廠家并不多?！?

豐田普銳斯PHEV太陽能車頂

福特CMAXplug-in太陽能車頂

薄膜太陽能電池相比晶體硅太陽能電池來說在汽車領(lǐng)域的起步較晚，然擁有后者沒有的優(yōu)勢即采用柔性基板，可彎曲。據(jù)了解，漢能公司開發(fā)的不透光太陽能車頂，采用的就是CIGS(銅銦鎵硒)薄膜太陽能技術(shù)[4]。光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到13%以上的組件效率。不過，CIGS薄膜美中不足的是采用的是不銹鋼襯底，不具備透光性。相比晶硅電池，效率較低而成本偏高，美觀度也較差。此外，CIGS太陽能電池應(yīng)用到車身上，還需要解決材料環(huán)保和可回收的問題。因?yàn)镃IGS中窗口層采用的是CdS(硫化鎘)薄膜，其中鎘元素是汽車領(lǐng)域的ELV法規(guī)和消費(fèi)電子領(lǐng)域的ROSH法規(guī)嚴(yán)格控制的元素之一，法規(guī)要求其含量低于100ppm。因而要解決原材料的污染問題，必須研發(fā)出更加環(huán)保的窗口層材料，取代硫化鎘，然就目前來看，新的材料均無法達(dá)到CdS那么高的電池轉(zhuǎn)化效率。

漢能展出的CIGS薄膜太陽能車頂

行業(yè)還有另外一種薄膜電池技術(shù)——硅基薄膜太陽能電池[5]。楊立友博士是最早從事這類電池的華人科學(xué)家，曾擔(dān)任美國能源部顧問，在美國多家太陽能電池研究機(jī)構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊(duì)攻關(guān)二十多年，并創(chuàng)造過薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄，現(xiàn)擔(dān)任國際半導(dǎo)體協(xié)會(中國)董事及光伏委員會主席，國家千人計(jì)劃專家。楊立友博士帶領(lǐng)山迪光能的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在世界上首次將薄膜太陽能電池應(yīng)用到彎曲的汽車天窗玻璃或者玻璃車頂上，在保持了全景天窗通光透亮美觀的同時(shí)又能發(fā)電，而且所采用材料的都是環(huán)保的材料，可以滿足整車零部件回收的要求。據(jù)了解，此技術(shù)很快受到了偉巴斯特，毓恬冠佳，英納法等國內(nèi)外天窗供應(yīng)商及歐美，韓國和國內(nèi)自主品牌整車廠的歡迎。

透明的薄膜太陽能天窗總成

另外，據(jù)專家介紹，在整個(gè)柔性薄膜電池領(lǐng)域，目前效率最高是漢能收購的美國AltaDevice的砷化鎵電池[6]，理論光電轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到30%。據(jù)測算，在晴朗天氣下，可支持汽車行駛30~60公里。在車輛行駛中及停車時(shí)，均可實(shí)現(xiàn)柔性薄膜電池組件向動力電池包充電，因此可擺脫對固定充電設(shè)施的依賴，實(shí)現(xiàn)化石能源的零消耗和污染物的零排放。但是目前砷化鎵制造成本居高不下，成本大約是目前晶體硅的50倍以上，而且，這種薄膜電池雖然可以彎曲但也是不透明的，不能保持全景天窗的透光和美觀。和砷化鎵技術(shù)類似的還有鈣鈦礦和有機(jī)染料太陽能技術(shù)，它們或者是還是科學(xué)家實(shí)驗(yàn)室的玩具，或者是壽命只有幾個(gè)小時(shí)的曇花一現(xiàn)，離開汽車行業(yè)的高品質(zhì)低成本的標(biāo)準(zhǔn)差距還很大。

漢能砷化鎵太陽電池概念車

發(fā)展前景：市場需求臨界點(diǎn)已到

“無論采用上述何種技術(shù)，太陽能電池在汽車車身上的應(yīng)用都非常值得期待，并且市場的需求期已至?！睏盍⒂巡┦勘硎荆笆紫仁枪?jié)能減排大勢所趨，尤其是隨著新能源汽車的發(fā)展，太陽能天窗節(jié)能的屬性和優(yōu)勢將更為凸顯，且不說經(jīng)濟(jì)價(jià)值，單從環(huán)保價(jià)值上來說，我堅(jiān)信對于從事此行業(yè)的人來說所有的努力都是值得守望的。我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)就按照汽車行業(yè)的規(guī)范和需求，專為汽車生產(chǎn)廠量身定做太陽能電池的”。

而隨著消費(fèi)水平升級、消費(fèi)群體年輕化，購車需求已由原來的追求舒適性、安全性到關(guān)注功能性、個(gè)性化的轉(zhuǎn)變。太陽能技術(shù)本身可以帶來智能車頂，變色天幕和調(diào)光天窗等等一系列極富科技感和炫酷感的產(chǎn)品，滿足消費(fèi)者“高大上”的個(gè)性化需求，這也是目前應(yīng)用該產(chǎn)品車企博眼球的一個(gè)重要亮點(diǎn)。

不過，雖市場需求已至，太陽能天窗依然面臨著多年來的推廣“隱痛”——價(jià)格。對于此問題，楊博士用“理科生”的方式給記者算了一筆賬：一個(gè)100W的太陽能車頂，一年累計(jì)的理論發(fā)電量可以達(dá)到130~175度，全部存到電池包里，換成電動車的一年續(xù)航里程增加可以達(dá)到650~900公里，如果一年用戶的典型駕駛習(xí)慣是1.5萬公里的話，相當(dāng)于續(xù)航里程增加了4~6%。如果是混合動力或者傳統(tǒng)燃油車，將這部份電能全部存下來，可以降低發(fā)動機(jī)用來發(fā)電的燃油消耗，按照燃油消耗率為250g/度，且電動機(jī)效率為80%折算，100W的太陽能天窗，一年可以省油60~80L之多，一年里省下的油錢就有近500元。

“制造成本隨著量產(chǎn)逐步會降低，現(xiàn)在就是看車企誰愿意成為先吃‘螃蟹’的人”，楊博士表示。

綜上所述，無論從經(jīng)濟(jì)層面還是用戶體驗(yàn)層面，無論是燃油車，混動車還是電動車，太陽能技術(shù)都有很大的應(yīng)用空間。偉巴斯特相關(guān)負(fù)責(zé)人在接受采訪時(shí)表示，“受中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策推動，太陽能天窗在中國有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?

注釋：

[1] IBC電池結(jié)構(gòu)：

http://solarlove.org/concepts-photovoltaic-technology/

[2] HIT電池結(jié)構(gòu)：

http://news.panasonic.com/global/press/data/2014/04/en140410-4/en140410-4.html

[3] PERC電池結(jié)構(gòu)

http://baijiahao.baidu.com/s?id=1564613966967240

[4] 銅銦鎵硒CIGS太陽能電池：https://en.wikipedia.org/wiki/Copper_indium_gallium_selenide_solar_cells

[5] 非晶硅/微晶硅太陽能電池：

https://en.wikipedia.org/wiki/Amorphous_silicon

[6] 砷化鎵電池

https://www.altadevices.com/technology/