热光伏市场规模及份额

热光伏市场分析

2025年热光伏市场规模预计为5.5亿美元，预计到2030年将达到11.6亿美元，预测期内（2025-2030年）复合年增长率为16.13%。

突破性的电池效率超过 40%、工业脱碳要求的扩大以及热电池架构投资的增加支撑了这一发展轨迹。热光伏 (TPV) 设备的功率密度高达传统太阳能电池的 500 倍，同时无需移动部件即可运行，这使其对废热回收、分布式发电和 24/7 可再生能源存储具有吸引力。市场青睐平衡效率与材料耐用性的中温设计，将 TPV 定位为热电和有机朗肯解决方案的近期补充，而不仅仅是替代方案。随着风险投资支持的进入者的竞争强度正在加强用于 TPV 生产的改造硅生产线和国家实验室向工业合作伙伴授权高效串联架构。

全球热光伏市场趋势和见解

突破性 >40% 电池效率里程碑推动商业可行性

麻省理工学院、NREL 和密歇根大学在 2024 年展示了创纪录的 41.1%–44% 转换效率，将 TPV 从实验室好奇心重新定位为公用事业规模选项。^{[1]“麻省理工学院和 NREL 的 41.1% TPV 记录，”nrel.gov}Antora Energy 扩大了这些进步，启用了每年 2 兆瓦的设施，运输电池的效率超过 40%。现在，设备在 1,850 °C 时可达到 3.78 W/cm²，可与蒸汽涡轮机基准相媲美，但可实现静音、固态运行。更高的功率密度减少了散热器的质量，提高了散热的可行性- 平滑可再生能源输出的电池存储。因此，效率领导力是近期市场加速发展的最有力的催化剂。

不断增加的工业废热回收支出加速了采用

钢铁、水泥和化工厂现在分配更大的资本支出来捕获热损失，而热损失历来占输入能源的 50%。^{[2]“工业热损失和脱碳”，agora-energy.de}最近的 TPV 试点使用 1,592 °C 石墨发射器实现了 26.4% 的效率和 4.3 W/cm²，优于 1,000 K 以上的有机朗肯竞争对手。^{[3]“石墨发射器 TPV 实现 26.4% 效率，” arxiv.org} 固态器件无需使用工作流体，从而降低了维护和安全成本。随着能源价格和碳排放费的攀升，投资回收期正在缩短，将 TPV 提升到亚太和北美的董事会议程。

热存储配对 TPV 实现 24/7 可再生能源

加热至 1,500 °C 的热存储块并与 ≥40% 效率的 TPV 电池相结合，在太阳能或风能输出下降时按需提供电力。加州电网规划者表示，平均成本接近 0.128 美元/千瓦时，削弱了峰值天然气资产。系统承诺 20 年使用寿命，性能退化最小化，同时提供电力和热量，符合工业电气化目标。 Antora Energy 的现场装置体现了这一概念，说明了热存储和 TPV 如何锚定高可再生电网。

近场 TPV 小型热电联产架构解锁分布式电源

亚毫米发射极与电池间隙利用倏逝波耦合超过 8 W/cm²，在 1,100 K 下实现 50% 的预计效率。科罗拉多大学博尔德分校展示了无间隙组件，无论温度如何都能保持输出s翼，为面向公寓和商业屋顶的 1-10 kW 微型热电联产机组铺平了道路。紧凑、无振动的设计符合城市噪声法规，将 TPV 覆盖范围扩大到城市中心。

锑化物和砷化物化合物的高成本限制市场扩张

GaSb 晶圆每片售价超过 1,000 美元，且回收率较低，导致材料成本维持在 40-60%电池成本，推迟大规模推出。^{[4]“GaSb 晶圆成本分析，” aip.org} 四元 InGaAsSb 电池的精密外延会增加缺陷风险，损害产量。基板回收和硅串联替代品正在开发中，但仍低于旗舰效率，因此价格压力将在十年中持续存在。

竞争的 TEG 和 ORC 废热解决方案限制了市场渗透

热电发电机在 600 K 以下表现出色，而有机朗肯装置在工厂和海船中保持了数十年的记录。 ORC 混合动力船每年可节省 100 万美元的船舶燃油费用，效率高达 18.3%，从而赢得了 TPV 必须取代的客户熟悉度。规避风险的运营商可能会坚持使用现有技术，直到 TPV 证明现场使用寿命。

细分分析

按温度等级：中温优势 D工业采用

在 800–1,200 °C 运行的中温系统在 2024 年获得了 48.5% 的收入，这得益于在此热窗口中运行的钢铁、水泥和玻璃熔炉。在细分市场层面，预计到 2030 年，中温装置的热光伏市场规模将以 19.7% 的复合年增长率增长，超过低温和高温替代品。最近的双面转换器原型实现了 >30% 的效率，同时功率密度翻倍，促进了亚太地区的工业试点。

尽管高温器件具有卓越的理论产量，但超过 1,200 °C 时的材料退化限制了高温器件的采用，而低温器件则面临来自成熟热电器件的直接竞争。因此，制造商青睐中频设计，以平衡可靠性、成本和与现有废热配置的热匹配。这一共识加快了北美水泥窑和欧洲玻璃生产线的采购周期。

作者：Cell Material：GaSb 领导地位面临 InGaAs 挑战

凭借飞行级可靠性和根深蒂固的供应链，锑化镓在 2024 年将占据 60.1% 的市场份额。然而，随着带隙调节将 1,850 °C 下的转换效率提升至 39%，InGaAs 合金预计到 2030 年复合年增长率将达到 20.8%。随着 III-V 合金增长的规模经济降低价格溢价，GaSb 的热光伏市场份额可能会受到侵蚀。

机器学习主导的 Ge-InGaAsSb 异质结的发现暗示了可以重新连接成本曲线的硅兼容途径。因此，投资者寻求 GaSb 和 InGaAs 晶圆的多元化采购，以对冲关键金属冲击，同时保持性能目标。

按系统配置：近场创新挑战远场主导地位

由于更简单的机械结构和更广泛的现场经验，远场组件在 2024 年保留了 58.9% 的收入份额。然而热光伏市场秩序井然近场封装原型机预计将实现 20.1% 的复合年增长率。零真空间隙的实验室演示实现了与高温远场设备相似的功率密度，但温度仅为 1,000 °C，从而减少了发射极应力。

通过外延共制造构建的大面积近场器件在 460 °C 下产生 1.22 mW，有望在食品和饮料厂中提供低品位工艺热量。工程团队优先考虑坚固的间隙控制框架和抗污染涂层，以满足预计于 2026 年进行的工业资格测试。

按应用：随着一次发电加速，工业回收领先

由于钢铁和化工厂大量高温废气，工业余热回收占 2024 年收入的 34.8%。然而，随着热电池部署规模从兆瓦到千兆瓦，一次发电的热光伏市场规模将以 20.5% 的复合年增长率扩大。 Antora Energy 的碳块存储与 TPV 转换器相结合现已供应将热力和电力集中在加州工厂，验证了商业模式。

太空、国防和放射性同位素利基市场继续提供稳定但适度的需求状况。消费者和物联网设备仍处于实验阶段，但一旦成本超过 1 美元/瓦的门槛，静音、无振动微型发电机就可以抓住新兴智能建筑改造的机遇。

地理分析

北美在 2024 年占全球收入的 45.3%，预计复合年增长率将达到 17.3% 2030 年，慷慨的《通货膨胀削减法案》税收抵免和有针对性的 ARPA-E 赠款将资本注入试点和早期商业设施。来自美国大学的创纪录的 44% 效率电池增强了该地区的创新优势。

在工业电气化驱动和 TPX 热光子联盟等协调项目的推动下，欧洲是第二大地区。德国利用弗劳恩霍夫 ISE北欧公用事业公司测试基于 TPV 的区域供热蓄热技术，同时提供支持示范工厂的专业知识。绿色协议下的政策协调将在 2026 年之后解锁跨境项目。

亚太地区代表着下一个主要前沿，拥有全球大部分熔炉产能和半导体生产线。日本和韩国研究人员带来了数十年的 TPV 专业知识，而中国光伏巨头拥有兼容的工具，可以用更低成本的模块涌入热光伏市场。在出口规则收紧的情况下，锑和铟的供应链风险仍然是该地区的致命弱点。

竞争格局

该领域仍然分散，没有一家供应商拥有超过中个位数的收入份额。 Antora Energy引领商业化，运营首个dedi凯捷冠捷 (TPV) 生产线竣工，累计完成融资超过 3.5 亿美元。 Fourth Power 的目标是公用事业规模的热存储，其电池在 2,400 °C 下运行效率为 41%，将其平台定位为化石峰值替代品。

波音公司的 Spectrolab 部门将卫星光伏传统应用于国防合同，而 MicroLink Devices 和 JX Crystals 则供应特种 III-V 晶圆。战略举措集中于垂直整合；公司锁定材料供应、发射器制造和系统级组装，以在成本上升的环境中保护利润。专利格局正在不断扩大，串联 TPV 架构和选择性发射器配方构成了许可谈判的支柱。

合并仍然有限，但观察家预计，一旦大规模制造带来成本可见性，就会出现整合。将制造能力与多元化原材料获取相结合的先行者可能会在十年末成为一级供应商。