Дослідження віртуальної та реальної космічної фотогальваніки: ідеї у вирі трильйонної хвилі та правда індустрії

Дані для впорядкування: Інь Цзінфей Джерело зображення: згенеровано AI

Стажерка-журналістка Інь Цзінфей

Космічний сегмент сонячної енергетики надзвичайно гарячий. Саме це змушує наземні компанії сонячної енергетики, які «застрягли» в надлишку виробничих потужностей і збитках, що прагнуть «злітати», розповідати історії. Журналісти Securities Times провели глибоке розслідування і з’ясували: «космічна сонячна енергетика» у більшості випадків лишається на рівні PPT та лабораторій; популярні маршрути, як-от HJT (сонячні елементи з гетеропереходом) і перовськітні, «теоретично працездатні, але після того як їх «запускають у космос», усе марнується»; PERC (технологія пасивації випромінювального емітера та батарей на зворотному боці) експертами розглядається як недооцінене зріле рішення. Не вистачає верифікації, а промислова екосистема ще й досі не зріла — можливо, цей гарячий сплеск «зірки й море» є лише святом концепцій.

Нещодавно регулятори завдали низку ударів по компаніях, що «чіпляються» за гарячі теми на фондовому ринку. Експерти закликають: щоб ця технологія справді рухалася до «безкрайого всесвіту», потрібно повернутися до самої суті інженерії та закономірностей розвитку промисловості.

Концептуальний хайп: викликає шквал регуляторних ударів

Технології на кшталт багаторазових ракет-носіїв та інше вже доволі зрілі, що сприяє переходу глобальних запусків до масштабування. Додатково до цього — задум Маска про космічні обчислювальні потужності. Усе це породжує уявлення про космічну сонячну енергетику з ринком у трильйони. З настанням квітня, на тлі позитивних каталізаторів на кшталт того, що SpaceX 6 квітня проведе зустріч запуску синдикату IPO, концепція космічної сонячної енергетики на короткій дистанції знову активізувалася.

Від початку цього року на A-shares уже багато компаній були оштрафовані через спекуляції навколо «SpaceX, комерційного космосу та інших концепцій». Так, компанії з сектору фотогальваніки Double-Liang Energy Conservation, Trina Solar тощо отримали покарання через публікацію розмитої інформації про співпрацю зі SpaceX, що утворило спекулятивний «хайп навколо гарячої теми»: Jiangsu CSRC виніс покарання, а Shanghai Stock Exchange — регуляторне попередження. Окрім того, Guoke Junong, Hangxiao Steel Structure, Vogl Optoelectronics і ECE Digital тощо були отримали регуляторні попередження через те, що пов’язані з інформацією про комерційний космос публікації були неточними або неповними.

Журналісти Securities Times з’ясували, що більшість компаній, які «примазуються» до концепцій, мають такі характеристики: або перебільшують зв’язок співпраці зі структурами на кшталт SpaceX; або розмивають стратегічне планування навколо космічних технологій; або використовують «мітки» гарячих тем, вводячи ринок в оману, що вони є ключовими учасниками напряму космічної сонячної енергетики.

Генеральний директор Jinzhen Co. Ltd. Ці Хайшень у розмові з журналістами Securities Times заявив, що на тлі спекулятивної популярності космічної сонячної енергетики деякі компанії йдуть за натовпом, займаючись хайпом. Потрібно раціонально відрізняти основний бізнес компаній від рівня прив’язки до «гарячої теми»; частина компаній, хоч і має відповідне продуктове планування, відрізняється за масштабом і часткою основного бізнесу, тож не можна заради хайпу перекручувати слова. Космічна сонячна енергетика — це новий сценарій застосування з великим потенціалом, але ринкова реалізація має відбуватися поступово, не можна гнатися за вибуховим зростанням.

З боку промисловості необхідно також раціонально дивитися на космічну сонячну енергетику: не можна поспішати з досягненням результату чи очікувати короткострокового вибуху. Розвиток має йти поступово, дотримуючись закономірностей промисловості. Розкриття ринку для космічної сонячної енергетики є вимогливішим, ніж для споживчого (civil) ринку. Хоч космічні ресурси обмежені, і попит компаній на захоплення потужностей є нагальним, але якщо технологія не дотягує, не можна ризиковано поспішати — щоб уникнути марнування ресурсів і хаосу в галузі.

Директор дослідницького центру сонячноенергетичних технологій Південного Китаю Лян Шуан (псевдонім) займається дослідженням космічної сонячної енергетики понад 20 років. У коментарі журналістам Securities Times він заявив, що наразі інформація в сфері космічної сонячної енергетики «перемішана: точна, напівточна, така, що суперечить здоровому глузду, і на основі почутих чуток». При цьому провідні компанії наземної фотогальваніки часто обговорюють і розглядають питання, але чіткої спільної думки немає. Концепція космічної сонячної енергетики разом із «космічними обчислювальними потужностями», яку запропонував Маск, «хоч і багата уявою, але відстань до інженерної реальності надзвичайно велика». Експерти зі сфери космічної індустрії США вже публічно висловлювали до неї заперечення.

Регулятори суворо контролюють дії, пов’язані зі спекуляціями. Відповідні ключові компанії в сегменті фотогальваніки в коментарі журналістам Securities Times повідомили, що нині в галузі щодо термінів, пов’язаних із перовськітною космічною сонячною енергетикою тощо, панує мовчання — як мовиться, «навіть натяку не буде».

Технічні факти:

Наземна фотогальваніка не може безпосередньо «полетіти в космос»

Як «правильна заправка» для супутників, космічна сонячна енергетика має три основні технічні маршрути: арсеніду галію (GaAs) батареї, HJT-батареї та перовськітні батареї. Батареї на основі арсеніду галію — провідний варіант, але дорогі; HJT і перовськітні батареї через незрілість технологій досі не були справді застосовані.

Якщо на землі фотогальванічні компанії «вкручуються» в гонитву за характеристиками до виснаження, то хто отримає «квиток» у майбутнє космічної сонячної енергетики?

Більшість фотогальванічних компаній або лишаються на рівні лабораторій і «мертво» дивляться на коефіцієнт перетворення світла в електрику; частина компаній відправляє сонячні батареї в космос для перевірки; а ще частина заходить у цей сегмент через злиття та поглинання.

Щодо цього компанія GCL Technology у коментарі журналістам Securities Times заявила, що компанія у 2023 році завершила глобальний перший експеримент зі встановленням у космос перовськітного модуля. Вона планує у 2026 році разом із China Aerospace Science and Technology Corporation, інститутом №811, провести тестування зі зразками та верифікацію «поблизу космосу». Компанія LONGi Green Energy встановлювала батареї HPBC двічі на борти кораблів Шеньчжоу для завершення космічних натурних випробувань, а також представила гнучку багатошарову батарею з ефективністю 33.4%. Компанія JinkoSolar заявила, що лабораторна ефективність перовськітних багатошарових батарей досягла 34.76%, і разом із компанією Jintai Technology заснувала AI-лабораторну лінію для прискорення розробки. Компанія Junda Shares виходить у сегмент супутникових батарей та розробки цілісних супутникових систем через придбання та співпрацю тощо.

Експерт-радник Китайської асоціації фотогальванічної промисловості Лю Цзінбяо повідомив журналісту, що ефективність перетворення світла у електрику, яку заявляють у лабораторії для перовськіту, часто є результатом на невеликій площі в ідеальних умовах. Чи можна це повторити, чи вдасться через малий масштаб (small-scale) і середній масштаб (pilot-scale), чи буде це доведено до промислового рівня — усе ще попереду, дорога дуже довга.

Лян Шуан прямо зазначив: логіка досліджень і тестування в космічній сонячній енергетиці вкрай потребує коригування. Наземна фотогальваніка більше зосереджується на собівартості та обсязі генерації електроенергії. Нині фотогальванічні компанії роблять акцент на ефективності перетворення світла в електрику, але супутники не можна ремонтувати і не можна замінити; коли батарея виходить з ладу — супутник списують. Тому надійність є першочерговим індикатором, а ефективність — лише другорядною довідковою величиною. Логіка дизайну повністю інша.

Окрім хайпу, чи зможуть HJT і перовськітний маршрути реально «пройти»?

На думку Лян Шуана, принцип HJT є працездатним, але співвідношення «ціна/вигода» в космосі дуже низьке.

Цей експерт із космічної сонячної енергетики прямо заявив, що HJT не є абсолютно неможливим для застосування в космосі, але потрібно всебічно реконструювати матеріали електродів, технологічні процеси виготовлення й технологію пакування під умови космічного середовища. Після такої модернізації виникають проблеми: зниження ефективності та зростання витрат. Наземні електроди HJT не витримують екстремальних змін температури та опромінення в космосі; без модернізації продукт швидко виходить з ладу на орбіті. Після модернізації можна забезпечити короткострокове використання (наприклад, 6 місяців), але на довгострокову перспективу (понад 5 років) надійності й стабільності недостатньо. У підсумку загальне співвідношення «ціна/вихід» суттєво гірше, ніж у старого основного маршруту фотогальваніки PERC. Галузеві траєкторії досліджень здебільшого однакові: усі крутяться навколо оптимізації адаптації до середовища, тож важко очікувати радикального прориву з абсолютно новою оригінальністю.

Лян Шуан розкрив, що є компанії, які запускають у космос наземні HJT-батареї напряму: від кількох днів до кількох місяців вони виходять з ладу. Але відповідні сторони не публікували результати невдач.

Втім, Ці Хайшень зазначив: така ситуація належить до подій імовірнісного характеру. Космічне середовище складне; на орбіті під час роботи супутника й так існує багато потенційних видів відмов. Тому не можна, побачивши проблеми у частині тестів, заперечувати потенціал адаптації HJT до космосу.

Перовськітні батареї: їхній принцип підходить для космосу, але потрібна повна перебудова маршруту.

Лян Шуан у коментарі журналістам Securities Times заявив: «З наукової точки зору перовськітні батареї краще підходять для застосування на супутниках, ніж кремнієві. Крім того, супутники мають значно вищу толерантність до вартості батарей, ніж наземні системи. Але нинішній технічний маршрут не витримує. Ключова перевага — чутливість до слабкого освітлення та уникнення деградації через воду й кисень у вакуумному середовищі; теоретично характеристики вищі, ніж у кремнію. У довгостроковій перспективі є надія, що вони зможуть замінити батареї з арсеніду галію. Але фатальний недолік теж очевидний: наземні перовськіти не можуть пройти випробування на циклічні зміни високих/низьких температур у космосі, сильне ультрафіолетове опромінення та радіаційні тести; органічні компоненти розкладаються та возгоняються. Зі зберіганням при високій температурі протягом кількох годин батарея виходить з ладу».

Він зазначив, що щодо траєкторії розвитку потрібно відмовитися від ідеї «замінити наземний кристалічний кремній» і перейти до розробки спеціалізованих технологій саме для космосу, подолати проблеми стабільності та стійкості до радіації. Приблизно за 5 років є шанс вийти на працездатний маршрут.

PERC-батареї: технологічний шлях, який у галузі недооцінили, і, можливо, його «друге народження»

Лян Шуан пояснив, що як найбільш зрілий технічний маршрут у фотогальваніці, PERC у ринку загалом сприймають як відсталу потужність. Але в космічній сфері це — перевірене часом зріле рішення. «До 2010 року всі супутники у світі здебільшого використовували монокристалічний кремній/PERC. Рівень технологічної зрілості та надійність були підтверджені десятиліттями перевірок на орбіті — космічний ресурс може легко покрити вимоги 10—20 років». Він прогнозує, що і наземна фотогальваніка також може поступово повернутися до PERC через проблеми деградації HJT-станцій. Наявні лінії TopCon можуть бути сумісні з виробництвом PERC. Тож галузі не потрібно повністю викидати потужності, а лише перезапустити оптимізацію технологій.

Промислова реальність:

«Проблема верифікації» та «складність екосистеми»

На тлі метушні капітального ринку космічна сонячна енергетика проходить суворий екзамен від «концепції» до «інженерії». Хоча перспективи широкі, всередині галузі існують реальні труднощі: відсутність системи верифікації, невідповідність технічних маршрутів і «крута стіна» витрат.

Першою йде проблема верифікації. Представник компанії Mocom (迈为股份) у коментарі журналістам Securities Times визнав: незалежно від того, чи йдеться про HJT або перовськіт, теоретично це можливо, але в галузі загалом бракує емпіричних даних у реальних умовах на орбіті.

Дефіцит таких даних спричинений усілякими безладдями та недоліками на етапі верифікації. Дослідник у сфері космічних апаратів, який займається розробкою сонячних крил, Лі Ран (псевдонім), у коментарі журналістам Securities Times сказав, що зараз вони отримують багато запитів від наземних фотогальванічних компаній щодо верифікації на орбіті, але «вони та контрагенти не в одному каналі». Наприклад, багато компаній напряму беруть N-типні батареї для тестування, не розуміючи, що P-типні батареї більше підходять для умов космосу; а деякі й узагалі «не ввійшли в основи» верифікацій і покращень, які мають бути виконані на наземному етапі.

Ще гірше: частина так званих «верифікацій» є формальністю. Лі Ран розкрив, що деякі фотогальванічні компанії, хоча й відправляють батареї в космос, але не здійснюють генерацію електроенергії. Лян Шуан зазначив: відправлення зразків від фотогальванічних компаній до інститутів на кшталт космічних академій є лише відправною точкою для верифікації. Потрібен довгий ланцюг: наземні тести, встановлення на орбіті, збір телеметричних даних тощо. Короткими строками це 2—3 роки, довгими — 5—8 років, щоб досягти комерційного застосування; при цьому ще потрібно пройти системне обґрунтування на рівні супутникової системи, а не просто «відправити на перевірку», щоб пройти.

Корінь цієї проблеми — викривлене розуміння «різниці між землею і небом». Лян Шуан підкреслив: 100% продуктів наземної фотогальваніки неможливо безпосередньо використовувати в космосі — між ними є принципові відмінності. По-перше, екстремальна різниця температур: космос має витримувати перепади ±80℃ до ±120℃. У низькій орбіті добовий цикл може досягати 15 разів, тоді як на землі вдається забезпечити лише +80℃ до -20℃, а добовий цикл — менш ніж 1 раз. По-друге, сильне радіаційне середовище: космічні ультрафіолетові промені та радіаційне опромінення частинками високої енергії руйнують матеріали надзвичайно сильно, і на землі немає відповідних умов моделювання. По-третє, бар’єри технологічного процесу: наземне зварювання та технології пакування після відправлення на орбіту мають дуже високий рівень відмов — потрібні спеціальні супутникові технологічні процеси.

Лю Цзінбяо у коментарі журналістам Securities Times заявив: розвиток космічної сонячної енергетики не можна оцінювати, зосереджуючись лише на самій батарейній технології. Її треба розглядати в ширшому контексті всієї виробничої ланки та комерційної екосистеми. Реальна здійсненність космічної сонячної енергетики настає за умови, що ринковий попит «підніметься» — наприклад, коли потрібні тисячі супутників для використання електроенергії, і ці супутники матимуть чітко визначених бізнес-клієнтів і чітку бізнес-модель послуг.

Очевидно, вузьке місце в можливостях запуску та «невизначеність» космічних обчислювальних потужностей стримують масштабне поширення космічної сонячної енергетики. Лян Шуан сказав: за наявних потужностей запуску задум Маска про мільйон супутників має бути реалізований протягом 100 років. А космічні GPU, модулі пам’яті та інші компоненти надто дорогі і легко виходять з ладу на орбіті, тож ринкове впровадження виглядає дуже віддаленим. Одночасно саме витрати є ще одним «перешкодою» для комерціалізації космічної сонячної енергетики. Лян Шуан порахував: навіть якщо SpaceX знизить вартість запуску до 2000 доларів США/кілограм, щоб вивести на орбіту систему рівня 1GW, потрібні сотні мільярдів доларів.

Також викликає сумніви сумісність виробничого ланцюга з ринком. З боку верхнього рівня постачання матеріалів: бракує виробничих потужностей для надлегких, радіаційностійких і термостійких матеріалів, що адаптовані до космічного середовища. З боку середнього рівня виробництва: нестача кастомізованих потужностей для космічних фотогальванічних модулів — більшість компаній все ще працюють із дрібносерійним виробництвом у лабораторних масштабах. З боку нижнього рівня експлуатації й обслуговування: фактично немає нічого — на орбіті майже відсутні роботи для обслуговування та космічні ремонтні обладнання. У відповідь Лю Цзінбяо зазначив: матеріали для високих температур у космічних умовах і потужності для кастомізованих модулів будуть забезпечуватися ринковою конкуренцією після того, як комерційний попит стане чітким, а не тоді, коли спочатку створюють ланцюг постачання, а потім чекають на попит.

Перед обличчям хвилі гарячого інтересу треба знову бути раціональними, перебудувати пріоритети технологій і темп промисловості.

Лян Шуан зазначив: «По-перше, пріоритети технологій потрібно перебудувати: космічній сонячній енергетиці слід відмовитися від «фетишу лабораторної ефективності». Як основа — прагматизм: першочергово розв’язувати питання надійності, адаптації до середовища і ресурсу роботи на орбіті; ефективність є лише допоміжним показником. По-друге, траєкторії мають відрізнятися: HJT фокусується на наземних сценаріях, PERC утримує позицію основної технології для космосу, перовськіт переходить у режим спеціалізованих розробок для космосу. Усі три мають виконувати свою функцію, уникати сліпої конкуренції між сценаріями. По-третє, темп промисловості варто уповільнити: фотогальванічним компаніям слід раціонально планувати, а космічну сонячну енергетику розглядати як технічний стратегічний запас на понад 10 років, а не як точку приросту прибутку в короткостроковій перспективі».

Наприкінці він наголосив: «У період спекулятивного гарячого інтересу до космічної сонячної енергетики лише повернення до суті інженерії й закономірностей розвитку промисловості, відмова від фінансіалізованого спекулювання та однобічного інформаційного навіювання дозволять зробити цю технологію справді прикладною, а не залишити її на рівні фантастики та історій про капітал».

(Редактор: Лю Чан )

     【Дисклеймер】Ця стаття відображає лише особисту думку автора і не має відношення до Hexun.com. Сайт Hexun зберігає нейтралітет щодо викладених у статті тверджень та оцінок. Він не надає жодних явних чи непрямих гарантій щодо точності, надійності або повноти інформації, що міститься. Будь ласка, читачам слід використовувати це лише як довідку та нести повну відповідальність за все самостійно. email: news_center@staff.hexun.com