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2024 年氣候科技焦點:推動美國製造的 First Solar 將如何改變太陽能市場?

2024 年氣候科技焦點:推動美國製造的 First Solar 將如何改變太陽能市場?

Oct 15, 2024

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跟摩爾定律類似,氣候科技規模每擴大 100 倍,成本可降低約 70%。美國太陽能當紅炸子雞 First Solar 正在大幅擴展薄膜太陽能電池的生產,然而, First Solar 遇到的挑戰,也正反映美國要重拾製造產業的諸多限制與困境。

氣候科技的成熟度,已經能夠解決人類目前面對的氣候變遷問題嗎?

麥肯錫的《電池價值鏈》報告撰寫人貝恩德·海德(Bernd Heid)在年初一場《經濟學人》的論壇上演講,他認為,目前人類手上掌握的 12 項關鍵氣候科技,已經能夠滿足避免氣候災難所需脫碳的 90%。而且,「我們了解這些技術;」他說,「問題是它們還沒有規模化。」

除了太陽能和風能之外,其他很多氣候科技相關的供應鏈產品,由於都還沒有透過規模化降低成本,因此還「無法賺錢」。然而,好消息是,跟摩爾定律類似,氣候科技規模每擴大 100 倍,成本可降低約 70%,這在所有技術和創新階段都適用。另一個好消息是,氣候科技市場在 2024 年約 1 兆美元,預期未來每十年會增加一倍,「氣候科技在經濟產值上的貢獻,大致相當於當今全球汽車工業的貢獻。」

非創新技術、產值成長可期,那麼,為什麼要補足避免氣候災難所需脫碳的 90% 應用,會這麼困難?


答案在於系統整合的研發投入需要時間、以及金錢,海德說:「我們現在面臨的挑戰不是發明新技術,而是整合新的製造工程解決方案:比方說,如何大規模建造電池工廠,以大幅降低成本?」

例如,以電力公司亟需的儲能電廠為例,《旭時報》此前曾經報導,在綠電的發展需求下,很多電力公司開始嘗試打造堆疊型的巨型電池建築。管顧巨頭貝恩顧問(Bain)估計,全球電網級儲能市場在 2040 年會達到 1 兆至 3 兆美元,這大約是全球 GDP 的 2.5 %。

電動車產業在美、歐、中之間的關稅大戰下遭遇瓶頸,讓電池製造商、電網儲能等氣候科技資本市場發生快速擾動。《旭時報》將開闢「氣候科技」專題,持續介紹相關領域的重要新創公司、關鍵領袖人物與投資者。

《MIT Techology Review》2024 年值得關注的氣候科技:First Solar

根據麥肯錫估算,雖然脫碳綠能的創新技術研發還在快速進展,例如核融合等題目在早期投資市場是熱話題,但是現實世界是,到了 2030 年,太陽能和風能仍然是唯一在經濟上可行的氣候技術。而太陽能的成長又比風能高,根據國際能源署(International Energy Agency)的數據,2023 年,相較於風力發電,太陽能發電占新發電能力的三倍以上。

過去二十年來,太陽能板價格的下降、加上易於安裝和低維護需求,促成太陽能發電的商業化潛能在過去兩年快速迸發,全球太陽能容量今年預計將達到近 2,000 太瓦時,到本世紀末有可能成長四倍。太陽能發電作為發展最久、市場最成熟的綠能科技,關注氣候科技,就不能不認識 First Solar。《MIT Techology Review》剛公布的 2024 年值得關注的氣候科技公司名單中,First Solar 拔得頭籌。

1999 年就成立的 First Solar,過去 25 年都專注在薄膜光伏(PV)技術的研發,目標是讓太陽能發電穩定性提高、成本降低。2009年,First Solar 成為全球首家生產成本低於每瓦 1 美元的太陽能新創,通過這個門檻,大規模太陽能發電的經濟可行性才真的落實,First Solar 也因此在 2011年被《富比士》評為美國成長最快的科技公司之一。

作為美國最大的太陽能板製造商,First Solar 目前在薄膜太陽能發電領域的全球市占率超過 45%,在低光照和高溫兩種條件下的集電穩定性高,在全球快速成長的太陽能發電廠商機上,First Solar 佔據極高的優勢。根據 First Solar 自家的說明,他們的製造流程使用的半導體材料,比傳統晶體矽太陽能板少 98%,只需 4.5 小時即可將一塊玻璃轉變為功能齊全的太陽能電池板。

First Solar 的主要競爭對手來自中國,中國在傳統晶體矽材料市場中佔據絕對優勢,但是生產一個太陽能發電板需要三到四年的時間,First Solar 的薄膜主要材料是鎘和碲,雖然生產過程可以消耗比較少的能源和水、生產塑速度快,但是將陽光轉換為電力的效率仍然略遜

美國在中國之後,是全球第二大太陽能板市場,First Solar 在美國對外國製造的太陽能板徵收高關稅以及《通脹削減法案》的稅收抵免,在美國市場獲得保護優勢。如何利用保護主義下的機會窗口累積與中國對手匹敵的能量,是 First Solar 目前的主軸。

根據《MIT Techology Review》的報導,為了縮小效率差距,First Solar 正在探索將鈣鈦礦材料的可能性,最近收購了因其在薄膜和鈣鈦礦研究方面有突破性進展而聞名的 Evolar 。鈣鈦礦可以捕捉與矽或鎘碲不同波長的光,以新的材料技術串聯太陽能電池,有機會提高能量轉換率。

《MIT Techology Review》的分析認為,First Solar 在美國市場的生產擴張,以及在鈣鈦礦技術上的投資,將會顯著影響太陽能市場的演變

 First Solar 強調自家從 1999 年就開始專注投資在美國製造,目前是西半球最大的太陽能製造基地。同時強調自家供應鏈有別於中國競爭者,所有製造組裝都在同一個工廠中進行,回收技術也是中國銅業完全無法企及的,是全球同業內最具可追溯性和透明度的供應鏈。(圖片來源:First Solar 官網)

在美國推動綠電革命的挑戰:政策、法規與民主選舉

儘管如此,在美國部署更多公用規模太陽能電廠,有幾個障礙可能讓 First Solar 在扮演綠電革命領先者的過程中,正遭遇在中國可以相對輕易解決的問題

  • 將這些綠電連接到公共電網的過程,非常漫長、法規問題重重。負責電網互聯批准的聯邦機構,已經有大量積壓案件。美國新太陽能電廠營運的平均等待時間,至少是五年。
  • 此外,變壓器短缺也是一大問題,這些變壓器在管理電網上的電力流動中至關重要,進一步讓美國綠電改革的阻礙更提高。
  • 選址也面臨挑戰,因為開發商需要許可證,並且可能遇到地方團體對大型設施安裝的反對,這在美國,都不是能快速通關的問題。

今年美國總統選舉的結果,也可能影響 First Solar 的擴展計劃。雖然美國製造商的稅收抵免得到兩黨的支持,《通脹削減法案》(Inflation Reduction Act)被撤銷的可能性似乎不大,但是新上任的政府可能會修改法案的某些部分,潛在的關稅或進口限制的變化,也可能影響市場條件。

在政策方向不確定性的情況下,想要加入電廠營運的新投資人,可能會猶豫是否下新訂單。

此外,串聯電池能否實現商業可行性,尚無定論。鈣鈦礦以其不穩定性著稱,在陽光下會降解,這對太陽能應用來說是顯著的缺點。First Solar 必須研發出創新的方法來大規模生產和穩定這些材料,同時,要在短時間內讓市場相信它們的長期可靠性。在美國進行製造所必須面對的相對高勞動力成本,如何在新的供應鏈佈局中找到,也是 First Solar 的另一個難題。

First Solar 計劃在第四季,在美國俄亥俄州的一家工廠生產小型串聯太陽能板。如果測試成功,可能會在附近的新研發中心製造全尺寸原型。同時,他們也正透過開設新製造設備,擴大鎘碲面板的生產。今年 First Solar 第一家印度工廠成立,同時在四個國家營運:包含印度、美國、馬來西亞和越南。在美國,阿拉巴馬州的新工廠和 2025 年即將在路易斯安那州建造的新工廠,會增加在美國的營運服務能力。

到 2027 年,First Solar 預計年製造能力達到超過 25 吉瓦,超過去年美國新增的公用規模太陽能裝置總量

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