浙商证券:太空光伏打开万亿市场 HJT/钙钛矿设备与电池制造率先受益

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1月12日,浙商证券发布光伏设备行业点评报告。

【为什么需要太空光伏?】能源是AI算力的最大瓶颈,太阳的能源取之不竭

人工智能时代,电力需求将呈倍数增长。太空光伏核心价值在于突破地面光伏的间歇性、能量密度与空间约束瓶颈,通过光伏组件(太阳翼)为航天器提供持续、稳定、高密度的清洁能源。SpaceX马斯克提出计划:未来每年在太空部署100GW太阳能AI卫星能源网络,打开成长空间。

——太空算力vs地面数据中心相比(尤其在规模扩大至GW级):

1)成本:利用廉价的太空能源(全天候不间断高强度的光伏发电),可以显著降低运营成本。据Starcloud白皮书,假设在太空部署40MW数据中心(10年运行)总成本约820万美元,相比地面数据中心1.67亿美元,降低95%(图3)。

2)拓展性:几乎可无限度地进行规模扩展,而无需面对在地球上所面临的物理或许可方面的限制,同时还能通过模块化方式快速进行部署。

3)环保:欧盟委员会一项研究得出结论称,轨道数据中心将显著减少来自电网电力的温室气体排放量,并消除因冷却过程而产生的淡水使用需求。

【太空光伏的可行性?】发电量大幅提升、成本大幅降低,性价比凸显

1)发电效率:受制于太阳位置不佳以及大气和天气造成的损失,美国境内的地面太阳能发电厂的平均容量系数仅为24%,而位于温带地区(如北欧)的太阳能项目通常实现的容量系数低于10%。由于大气对太阳辐射的衰减和散射作用,即使在晴朗的日子里,太空光伏峰值发电量也会比地面太阳能发电厂高出约40%。

2)发电时间:由于昼夜循环的缘故,地球上不可能实现超过50%的容量系数。相比之下,太空光伏阵列的容量系数则超过95%,不存在昼夜循环、面板最佳朝向垂直于太阳光线以及受季节或天气影响等问题。

3)发电量:基于以上数据测算,在太空中一个特定的太阳能阵列所生成的能量是地球上相同阵列的5倍以上。

4)性价比:假设建造40MW的数据中心需要500万美元的发射费用,太阳能电池的材料成本为每瓦0.03美元,所有费用均摊在10年内,对应相当于约0.002美分/千瓦时的能源成本。相比美国通常的批发电力成本0.045美分/千瓦时,轨道数据提供的能源成本比当前能源价格低22倍。

【太空光伏的技术路径选择?】短期砷化镓、中期P型HJT、远期钙钛矿叠层

1)砷化镓(短期):转换效率高、抗辐射性能强,能够承受太空极端环境,已在太空卫星成熟应用。但成本不低、且“锗”在地球上的储量极其有限,如应对大规模太空能源部署,产业链积极寻找更具性价比的替代技术路线。

2)P型HJT电池(中期):抗辐射能力强——在高能粒子辐射下,硅材料会产生缺陷,缺陷会形成复合中心,降低少子寿命。相比N型电池,这些缺陷在P型硅中对电子的捕获能力较弱,因此对少子寿命的影响较小。更具薄片化——电池薄片化能有效减轻发射载荷,节省燃料,使其可适配卷迭式太阳翼结构(柔性太阳翼),提升卫星内部空间利用率。HJT结构电池具有双面全钝化的对称结构,采用低温工艺,在薄片化适配度上有明显优势。

3)HJT+钙钛矿叠层电池(远期):未来潜力的突破方向,不仅在实验室中实现了媲美甚至超越砷化镓的转换效率,更具备轻量化、柔性化以及较好的抗辐照性能,十分适合航天应用场景。若能在长期稳定性和大批量制备工艺上取得突破,钙钛矿有望大幅拉低太空光伏的硬件成本。