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

Тренувальний журналіст Інь Цзинфей

Космічна сонячна енергетика — дуже гаряча ніша, що змушує «земні компанії сонячної енергетики, які загрузли в надлишку виробничих потужностей і збитках», наперебій «злітати», розповідаючи історії. Журналіст Ґзєнши інак (Securities Times) під час глибокого розслідування з’ясував: «більшість рішень у космічній сонячній енергетиці лишаються на рівні PPT і лабораторних експериментів»; такі популярні маршрути, як HJT, перовскіт тощо, «принцип працює, але як тільки виходить у космос — усе марно»; PERC (технологія пасивації емітера та батарей на тильному боці) експертами розглядається як недооцінений зрілий варіант. Відсутність верифікації, а також те, що промислова екосистема ще дуже далека від зрілості — цей гарячковий переполох навколо «зоряного моря» можливо, є лише «концептуальним карнавалом».

Нещодавно регуляторні органи завдали серйозних ударів по компаніях, які «чіплялися» за гарячі теми в лістингових повідомленнях. Галузеві експерти закликають: повернутися до суті інженерії та законів розвитку промисловості, щоб ця технологія справді вийшла на «бездонний всесвіт».

Концептуальний хайп: викликав жорсткі удари регуляторів

Технології на кшталт багаторазових ракет, що досягли зрілості, штовхають глобальні запуски у масштабовану еру; плюс запропонована Маском ідея «космічної обчислювальної потужності» створює уявлення про космічну сонячну енергетику з ринковим масштабом у трильйони. З настанням квітня, на тлі позитивних каталізаторів, зокрема запуску SpaceX 6 квітня, коли має відбутися засідання стартового синдикату IPO, концепт космічної сонячної енергетики в короткій перспективі знову активізувався.

Від початку цього року в A-акціях уже кілька біржових компаній були покарані через участь у «хайпі навколо SpaceX, комерційного космосу тощо». Такі компанії, як Shuangliang Energy (захист прав) і Trina Solar (зокрема), через публікацію розмитої інформації про співпрацю зі SpaceX, що по суті є «причепленням» до гарячої теми, були відповідно оштрафовані Ціньджянським регулятором цінних паперів (Jiangsu CSRC) та отримали попередження від Шанхайської біржі (SSE). Крім того, Guoke Junong, Hangxiao Steel Construction (захист прав), VGT Voger Optoelectronics і ECE Digital (захист прав) — також отримали попередження через те, що інформаційні повідомлення, пов’язані з комерційним космосом, були неточними або неповними.

Журналіст Ґзєнши інак (Securities Times) виявив, що більшість компаній, які «розкручують» концепти, мають такі риси: або перебільшують зв’язок із космічними компаніями на кшталт SpaceX у питаннях співпраці; або розмито викладають планування космічних технологій; або використовують «мітки» гарячих трендів, вводячи ринок в оману, ніби вони є ключовими учасниками сфери космічної сонячної енергетики.

Генеральний директор Jinzhen Co., Ltd. (Jinzhen Co., Ltd.) — Ці Хайшен — заявив журналісту Ґзєнши інак (Securities Times), що на тлі спекотності космічної сонячної енергетики деякі компанії йдуть у хвості хайпу та потребують раціонального розмежування між основним бізнесом підприємств і рівнем зв’язку з «гарячими» темами; частина компаній, хоча й має плани щодо відповідних продуктів, масштаби та частка в основному бізнесі різняться — тому не можна через гарячість теми говорити зайвими словами. Космічна сонячна енергетика — це новий сценарій застосування з великим потенціалом, але вихід ринку має відбуватися поступово; не можна гнатися за вибуховим зростанням.

З боку промисловості: і промисловість, і інвестиції мають раціонально ставитися до космічної сонячної енергетики; не можна поспішати «досягати результату» та очікувати вибухового зростання в короткостроковій перспективі — розвиток має бути поступовим і дотримуватися законів промисловості. Вивільнення ринкового попиту в космічній сонячній енергетиці висуває значно жорсткіші вимоги, ніж для цивільного ринку: хоча просторові ресурси обмежені, потреба компаній у захопленні потужностей є нагальною, але якщо технології не відповідають стандартам, це не можна робити «на випередження», аби уникнути марнування ресурсів і хаосу в галузі.

Головний керівник Південно-Китайського центру досліджень технологій сонячної енергетики (назва за умовним іменем) Liang Shuang (псевдонім) займається дослідженням космічної сонячної енергетики понад 20 років. Він заявив журналісту Ґзєнши інак (Securities Times), що нині в цій сфері інформація «сплітає докладно правильне, напівправильне, те, що суперечить здоровому глузду, і те, що стало відомим завдяки чуткам і домислам»; провідні компанії наземної сонячної енергетики часто спілкуються й обговорюють, але чіткої спільної позиції немає. Маск пропонує концепцію космічної сонячної енергетики та «космічної обчислювальної потужності»: «хоч уяву це й будить, але прірва між ідеєю та інженерною реальністю надзвичайно велика». Експерти з американської космічної сфери вже публічно поставили це під сумнів.

Регулятори жорстко стежать за діями, пов’язаними з хайпом. Відповідні ключові біржові компанії з наземної сонячної енергетики заявили журналісту Ґзєнши інак (Securities Times): сьогодні в галузі до таких слів, як «перовскіт» та інші, пов’язані з космічною сонячною енергетикою, ставляться так, ніби їх не можна вимовляти.

Технічна правда:

Наземна сонячна енергетика не може напряму «вийти в космос»

Як «заправні станції» для супутників, космічна сонячна енергетика переважно спирається на три технологічні маршрути: батареї на основі арсеніду галію, HJT та перовскітні батареї. Арсеніду галію — провідний, але дорогий варіант; HJT і перовскітні батареї через незрілість технологій ще фактично не застосовуються.

Коли сонячні компанії на землі «вкручуються» один в одного до виснаження, хто ж отримає майбутній «квиток» до космічної сонячної енергетики?

Більшість сонячних компаній або лишаються на рівні лабораторій, «мертво» тримаючись за показник ефективності фотоперетворення; частина компаній відправляє сонячні батареї в космос на перевірку; а деякі компанії заходять у цю нішу через злиття та поглинання.

Компанія GCL Technology, відповідаючи на запит журналіста Ґзєнши інак (Securities Times), заявила: компанія вже у 2023 році завершила перший у світі експеримент із просторовим розміщенням (на супутниковій платформі) перовскітних модулів; планується у 2026 році разом із Китайською державною групою космічних технологій (China Aerospace Science and Technology Corporation) Інститутом 811 (811所) провести тестування зразків і валідацію у «близькому космосі». LONGi Green Energy двічі встановлювала HPBC-батареї на борту пілотованих кораблів Shenzhou, завершивши космічні вимірювання «в реальних умовах», і випустила гнучку багатошарову батарею з ефективністю 33.4%. JinkoSolar (JinkoSolar) заявляє, що лабораторна ефективність перовскітних каскадних (багатошарових) батарей сягає 34.76%, а також спільно з компанією JingTai Technology (JingTai Technology) створюють AI-експериментальну лінію для прискорення розробки. Компанія Junda Co., Ltd. (Junda Co., Ltd.) заходить у сегмент супутникових батарей та розробки повних супутникових систем через шляхи злиття/поглинання та співпраці.

Консультант Китайської асоціації індустрії фотогальваніки (China Photovoltaic Industry Association) — Лю Цзіньбяо — заявив журналісту, що ефективність фотоперетворення перовскітів, яку декларують у лабораторіях, зазвичай є результатом на малих площах і в ідеальних умовах; чи це можна повторити, чи можна пройти через етапи лабораторних і пілотних випробувань (малі та середні тести), чи можна це промислово масштабувати — попереду ще дуже довгий шлях.

Liang Shuang прямо зазначив, що логіка розробки та тестування космічної сонячної енергетики зараз вкрай потребує коригування. Наземна сонячна енергетика більше фокусується на витратах і кількості виробленої електроенергії; нині компанії приділяють увагу ефективності фотоперетворення, але супутник неможливо відремонтувати чи замінити. Коли батарея виходить з ладу, супутник списують; надійність є першим показником, а ефективність — лише допоміжна. Логіка проєктування повністю інша.

Окрім хайпу, чи можна прокласти шлях для HJT і перовскітів?

На думку Liang Shuang, принцип HJT здійсненний, але «співвідношення ціни та якості» для космосу вкрай низьке.

Цей експерт із космічної сонячної енергетики прямо заявив, що HJT не є абсолютно непридатним для використання в космосі, але потрібно повністю переробити електродні матеріали, технології виготовлення та упаковку під середовище космосу. Після переробки виникне проблема: ефективність знизиться, а витрати зростуть. Наземні електроди HJT не витримують екстремальні температурні коливання і радіаційне опромінення в космосі; незміненні продукти швидко виходять з ладу на орбіті. Після переробки вони, щоправда, можуть задовольнити потреби короткострокового використання (наприклад, 6 місяців), але довгострокова (понад 5 років) надійність і стабільність недостатні; за сукупною цінністю воно далеко не таке добре, як у старого «працюючого» маршруту PERC, відпрацьованого для фотогальваніки. Шляхи галузевих досліджень мають «однаковий зміст»: усі зосереджуються на оптимізації адаптації до середовища, тож навряд чи буде якийсь руйнівний оригінальний прорив.

Liang Shuang розповів, що деякі компанії виводили наземні батареї HJT у космос безпосередньо: за кілька днів або місяців вони втрачали працездатність, але відповідні сторони не оприлюднювали результати провалів.

Втім, Ці Хайшен заявив, що це належить до ймовірнісних подій. Космічне середовище складне, а робота супутника на орбіті сама по собі має різні сценарії відмов. Тому не можна, побачивши проблеми у частині тестів, заперечувати потенціал адаптації HJT до космосу.

Перовскітні батареї: їхній принцип підходить до космосу, але потрібна повна перебудова маршруту.

Liang Shuang заявив журналісту Ґзєнши інак (Securities Times): «З наукової точки зору перовскітні батареї краще підходять для застосування на супутниках, ніж монокристалічний кремній; а супутники значно більш терпимі до вартості батарей, ніж наземні системи. Але нинішній технологічний маршрут не працює. Ключова перевага — реакція на слабке освітлення та уникнення деградації від води й кисню у вакуумному середовищі; теоретичні характеристики кращі, ніж у кремнію, і в довгостроковій перспективі перовскіт має шанс замінити батареї на арсеніді галію. Але смертельні слабкі місця такі ж очевидні: наземні перовскіти не можуть пройти тестування на поєднані перепади високих і низьких температур у космосі, а також сильне УФ-випромінювання та радіаційне опромінення — органічні компоненти розкладаються та сублімують; при високотемпературному зберіганні протягом кількох годин система виходить з ладу».

Він зазначив, що щодо шляху розвитку потрібно відмовитися від ідеї «замінити наземний кремній» і перейти до розробки суто космічних технологій: вирішити проблеми стабільності та стійкості до радіації. Протягом близько 5 років, за прогнозом, можна вийти на реалізований маршрут.

PERC-батареї — це технологічний маршрут космічного мейнстріму, який галузь недооцінила; можливо, попереду «друге народження».

Liang Shuang пояснив, що як найбільш зрітий технологічний маршрут фотогальваніки, PERC у ринку зазвичай сприймається як застарілі виробничі потужності. Але у сфері космосу це — варіант, доведений тривалою перевіркою та зріле рішення. «До 2010 року всі глобальні супутники працювали переважно на батареях із монокристалічного кремнію/ PERC; рівень технологічної зрілості та надійність були підтверджені десятиліттями перевірок на орбіті, і тривалість життя в космосі легко закриває потреби 10—20 років». Він припустив, що наземна фотогальваніка також може поступово повернутися до PERC через проблеми затухання потужності в HJT-електростанціях. Існуючі лінії TopCon можуть сумісно виробляти PERC; галузі не потрібно повністю ліквідовувати потужності — достатньо перезапустити технологічну оптимізацію.

Промислова реальність:

«Проблема верифікації» та «складність екосистеми»

У вирі шуму на ринку капіталу космічна сонячна енергетика проходить суворе випробування від «концепції» до «інженерії». Попри багатообіцяючі перспективи, всередині галузі існують реальні труднощі: брак систем верифікації, розбіжність технологічних маршрутів і «економічний поріг» витрат.

Першою проблемою є «вузьке місце верифікації». Представник Weida (Weida) у зв’язку з відповідним запитанням для журналіста Ґзєнши інак (Securities Times) визнав: незалежно від того, HJT це чи перовскіт, теоретично це можливо, але в галузі загалом бракує перевірених даних на орбіті.

Відсутність таких даних походить від хаосу й слабких місць у процесі верифікації. Розробник сонячних крил для супутників у одному з авіакосмічних інститутів — Лі Ран (Li Ran, псевдонім) — заявив журналісту Ґзєнши інак (Securities Times), що зараз вони отримують безліч запитів від наземних фотогальванічних компаній щодо перевірки на орбіті, але «вони часто не в одному каналі». Наприклад, багато компаній одразу беруть N-типні батареї для тестування, хоча P-типні батареї краще відповідають умовам космічного середовища; а дехто навіть не має уявлення, як робити верифікацію та покращення на етапі «на землі».

Ще гірше: частина так званих «верифікацій» перетворюється на формальність. Лі Ран розповів, що деякі фотогальванічні компанії відправляли батареї у космос, але вони не виробляли електроенергію. Liang Shuang зазначив: відправлення зразків від фотогальванічних компаній в такі установи, як авіакосмічні інститути, є лише стартовою точкою верифікації; потрібно пройти довгий ланцюг, зокрема наземні тести, доставляння та встановлення на орбіті, збір телеметричних даних тощо. Коротше кажучи — 2—3 роки, довше — 5—8 років, щоб вивести на комерційний рівень; і крім того, це має пройти системне обґрунтування на рівні систем супутника, а не лише «відправив — і пройшов».

Корінь цієї проблеми — хибне розуміння «різниці між землею і небом». Liang Shuang підкреслив: 100% наземні продукти фотогальваніки не можуть напряму застосовуватися в космосі — між ними є принципові відмінності. По-перше, екстремальні перепади температур: космос має витримувати діапазон ±80℃ до ±120℃; для низькоземних орбіт супутників добовий цикл коливає до 15 разів, а на землі можливо забезпечити лише +80℃ до -20℃, добовий цикл менше 1 разу. По-друге, сильне радіаційне середовище: ультрафіолет у космосі та опромінення високоенергетичними частинками руйнують матеріали надзвичайно сильно, а на землі немає відповідних умов моделювання. По-третє, технологічні бар’єри: на землі відмови після виведення «на небо» дуже високі через технології з’єднання та пакування (зварювання/пайка та герметизація), тож потрібно застосовувати спеціальні космічні технології.

Лю Цзіньбяо заявив журналісту, що розвиток космічної сонячної енергетики не можна зводити лише до самої батарейної технології — потрібно враховувати весь ланцюг постачання та комерційну екосистему. Справжня передумова здійсненності космічної сонячної енергетики — це коли попит на весь ринок підніметься: наприклад, коли тисячі супутників потребуватимуть електроенергії, і в цих супутників будуть чіткі комерційні адресати послуг та комерційні моделі.

Очевидно, можливості запуску є «вузьким місцем», а «невизначеність» у космічній обчислювальній потужності обмежує масштабне поширення космічної сонячної енергетики. Liang Shuang сказав: за наявних можливостей запуску задум Маска щодо мільйонів супутників потребував би століття. А космічні GPU, пам’ять та інші компоненти дуже дорогі й на орбіті легко виходять з ладу — тож комерційне впровадження відкладається на дуже далекий термін. До того ж, витрати теж є одним із головних «перешкод» для комерціалізації космічної сонячної енергетики. Liang Shuang порахував: навіть якщо SpaceX знизить вартість запуску до 2000 доларів США/кг, щоб відправити в орбіту систему рівня 1 GW, все одно потрібно буде сотні мільярдів доларів.

Сумісність в ланцюгу постачання також викликає сумніви з боку ринку. З боку верхньої ланки матеріалів: не вистачає потужностей надлегких, стійких до радіації та до високих температур матеріалів, придатних для космосу. З боку середньої ланки виробництва: дефіцит індивідуалізованих потужностей для компонентів рівня космічних програм; більшість компаній досі виробляє переважно дрібними партіями, на рівні лабораторій. З боку нижньої ланки експлуатації та сервісу: роботи на орбіті та обладнання для ремонту — майже відсутні. На це Лю Цзіньбяо відповів, що такі речі, як потужності для надвисокотемпературних матеріалів рівня космічних програм і виробництво індивідуальних компонентів, будуть забезпечені ринком під тиском конкуренції після того, як комерційний попит стане чітким, а не після створення ланцюга постачання «спочатку», а потім очікування попиту.

Зігріваючись на хвилі хайпу, потрібно повернутися до раціональності, перебудувати пріоритети технологій і темп промислового розвитку.

Liang Shuang сказав: «По-перше, потрібно перебудувати технологічні пріоритети: космічна сонячна енергетика має відмовитися від «культа ефективності в лабораторіях» і зробити прагматизм основою, першочергово розв’язуючи питання надійності, адаптації до середовища та строку служби на орбіті, тоді як ефективність є лише допоміжним показником. По-друге, шлях має розділитися: HJT зосереджується на наземних сценаріях, PERC зберігає провідне становище для космосу, перовскіт переходить у спеціалізовані космічні дослідження; ці три напрямки мають виконувати свої ролі й уникати сліпого суперництва в «перехресних» сценаріях. По-третє, темп розвитку промисловості слід сповільнити: фотогальванічні компанії мають раціонально планувати, розглядаючи космічну сонячну енергетику як технічний резерв на 10+ років, а не як точку зростання короткострокових фінансових показників».

Наприкінці він підкреслив: «У розпалі хайпу навколо космічної сонячної енергетики лише повернення до суті інженерії та законів розвитку промисловості, відмова від фінансовізації хайпу та однобічного інформаційного спрямування дозволить цій технології справді стати практичною, а не залишатися між фантастикою та історіями про капітал».

（Джерело походження: Ґзєнши інак）

Гігантські обсяги інформації та точне тлумачення — усе в застосунку Sina Finance APP