马斯克SpaceX公司采用HJT技术路线,对行业的影响深远,意义重大:
(1)太空AI算力卫星可为全球提供无死角、高度互联的算力服务,打开了太阳能行业的市场容量上限;太空太阳能亦反向消除了AI算力卫星的能源供应瓶颈,必将极大加快人类科技进步的速度。根据测算,地球表面光伏市场在2025-2050年的极限新增装机容量约为3000GW/年;低地球轨道(LEO)太阳能市场在2025-2050年的新增装机量上限可超过5万GW/年。太阳能行业的市场容量由此将提升一个数量级。
(2)确立了太阳能在未来人类能源供应方面的绝对主流地位。伴随着AI算力卫星用电量的超高增长,太阳能在可以预见的未来(2040-2050年间),将全面超过石油、煤炭、天然气、水电、风电而成为人类的第一大主力能源。
(3)当前已知的太阳能电池技术路线包括铝背场、PERC、TOPCon、TBC、HJT、钙钛矿、钙钛矿晶硅叠层、三结砷化镓等,其中,P型HJT是未来10年唯一适合于太空AI算力卫星集群能源项目的电池技术路线,其具有唯一性。太空AI算力卫星集群不仅打开了HJT电池技术的刚性市场空间,更直接确立了HJT电池技术的主流平台级技术定位。HJT将全面摆脱TOPCon、BC技术在地球表面市场的疯狂内卷,全面走出独立的产业爆发趋势。
在本篇报告中,我们将重点讨论以下几个关键问题:
(1)为什么马斯克SpaceX选择P型HJT技术?为什么P型HJT是唯一适合于太空AI算力卫星的电池技术?
(2)为什么在可以预见的未来太阳能是唯一可能成就超大规模太空AI算力卫星的主力能源形式?
(3)太空AI算力卫星远景用电量及所对应的太阳能新增装机量测算。
(4)太空AI算力卫星能源成本测算,太空太阳能如何形成经济性并支撑AI算力卫星的超高速增长?
(5)本次马斯克100GW轨道算力卫星集群计划对HJT需求的直接拉动测算。
一、为什么马斯克SpaceX选择P型HJT技术?为什么P型HJT是唯一适合于太空AI算力卫星的电池技术?
本次SpaceX公司采购的HJT电池设备,本质上是确定了P型HJT电池技术路线,将其作为太空太阳能电池大规模经济性量产的技术路线。据了解,SpaceX公司从2023年开始已经测试了上万片的P型HJT电池,才最终确定了这一技术方向。
那么,为什么马斯克SpaceX会在当下选择P型HJT技术呢?原因如下:
(1)N/P型电池(或简称为P型电池)是太空太阳能的公认选型。太空环境面临质子、电子等大量粒子辐射,其中高能粒子可以轻松穿过组件封装材料而达到太阳能电池体内,并对衬底带来具有累积性、机械性、永久性特征的位移损伤,将晶格中的原子撞离原位并形成缺陷与复合体。在这一地面光伏所不曾面临的衰减机制下,N型电池的衰减率远高于P型电池,甚至在超高质子注量下可能会发生“类型反转”。故而,从1960年代至今,太空太阳能的默认电池选型就是P型电池。
(2)在20世纪的很长时间内,太空太阳能均选择P型的晶硅电池。进入21世纪后,世界各国先后开始使用效率更高的N/P型三结砷化镓电池。三结砷化镓电池虽然经历了从刚性到半刚性再到柔性的升级,但无论如何无法解决其因材料而导致的生产成本过高的问题。其太阳翼组件折人民币约1000元/W,而整个太空太阳能系统发射至空间后的成本更高。对于马斯克而言,若欲大规模实施太空AI算力卫星集群项目,首先必须要使能源成本降1个数量级,故而必然要放弃三结砷化镓,回到低成本的晶硅体系。
(3)电池片占太阳翼的重量比例较高,而与重量正相关的发射成本占太空太阳能系统成本比重较大。这导致:太空太阳能使用越薄电池片的,其度电成本越低。HJT电池是双面对称结构,可实现50μm以下厚度并实现柔性可绕卷,而其他电池则完全做不到这点。
(4)马斯克目前正快速将“光储、火箭、AI算力卫星”这三大模块整合为“银河之心”,该计划将在数年内完成太空100GW的AI算力中心部署。故而,目前尚未量产并解决稳定性问题的钙钛矿晶硅叠层电池,还有待于未来的技术成熟。
(5)效率,毫无疑问是任何企业在电池选型时都必须要考虑的问题。故而,铝背场、PERC的P型电池均不在考虑范围内。
