211service.com
Jaka technologia jest następna dla branży solarnej?
Instalacje paneli słonecznych nadal szybko się rozwijają, ale przemysł produkcji paneli słonecznych znajduje się w zastoju, ponieważ podaż znacznie przewyższa popyt (patrz Dlaczego potrzebujemy więcej firm fotowoltaicznych, aby upaść). Słaby rynek może spowalniać innowacje, ale postęp jest kontynuowany; sądząc po nastrojach w tym tygodniu na konferencji IEEE Photovoltaics Specialists Conference w Tampa na Florydzie, ludzie z branży nadal optymistycznie patrzą na jej długoterminowe perspektywy.
Technologia, która zaskoczyła prawie wszystkich, to konwencjonalny krzem krystaliczny. Kilka lat temu krzemowe panele słoneczne kosztowały 4 dolary za wat, a Martin Green, profesor na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii i jeden z czołowych badaczy krzemowych paneli słonecznych, oświadczył, że nigdy nie spadną poniżej 1 dolara za wat. Teraz jest to około 50 centów wat, a mówi się o osiągnięciu 36 centów za wat, mówi.
Departament Energii Stanów Zjednoczonych wyznaczył sobie cel, aby do 2020 r. osiągnąć mniej niż 1 USD za wat — nie tylko w przypadku paneli słonecznych, ale także w przypadku kompletnych, zainstalowanych systemów (patrz: Dlaczego instalacje słoneczne kosztują więcej w USA niż w Niemczech). Green uważa, że przemysł fotowoltaiczny osiągnie ten cel nawet wcześniej. Jeśli tak, to obniżyłoby to bezpośredni koszt energii słonecznej do sześciu centów za kilowatogodzinę, czyli mniej niż oczekiwany średni koszt energii z nowych elektrowni na gaz ziemny. (Całkowity koszt energii słonecznej, który obejmuje koszty dla mediów w celu zrekompensowania jej nieciągłości, byłby wyższy, chociaż dokładnie o ile wyższy będzie zależeć od ilości energii słonecznej w sieci i innych czynników.)
Wszystkie części branży krzemowych paneli słonecznych szukały sposobów na obniżenie kosztów i poprawę mocy wyjściowej paneli słonecznych, co doprowadziło do stałej redukcji kosztów. Zielony wskazuje na coś tak przyziemnego, jak pasty używane do sitodruku niektórych elementów na panelach słonecznych. Laboratorium Greena zbudowało w latach 90. ogniwo słoneczne, które ustanowiło rekordową wydajność dla krzemowych ogniw słonecznych — rekord, który stoi do dziś. Aby osiągnąć ten rekord, musiał użyć drogich technik litograficznych do wykonania cienkich przewodów do zbierania prądu z ogniwa słonecznego. Jednak stopniowe udoskonalenia umożliwiły wykorzystanie sitodruku do tworzenia coraz cieńszych linii. Ostatnie badania sugerują, że techniki sitodruku mogą wytwarzać linie tak cienkie, jak 30 mikrometrów – mniej więcej szerokości linii, których Green używał do swoich rekordowych ogniw słonecznych, ale przy kosztach znacznie niższych niż jego techniki litograficzne.
Green twierdzi, że ta i inne techniki sprawią, że powielenie projektów jego rekordowego ogniwa słonecznego na liniach produkcyjnych będzie tanie i praktyczne. Niektóre firmy opracowały techniki wytwarzania przednich styków metalowych. Wdrożenie projektu tylnych styków elektrycznych jest trudniejsze, ale oczekuje, że firmy wdrożą to w następnej kolejności.
Tymczasem naukowcy z Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej opracowali elastyczne ogniwa słoneczne na nowym typie szkła firmy Corning, zwanym Willow Glass, które jest cienkie i można je zwijać. Rodzaj wyprodukowanego przez nich ogniwa słonecznego jest obecnie jedynym pretendentem do krzemu pod względem produkcji na dużą skalę — cienkowarstwowy tellurek kadmu (patrz: First Solar Shines as the Solar Industry Falters). Elastyczne ogniwa słoneczne mogą obniżyć koszty instalacji ogniw słonecznych, czyniąc energię słoneczną tańszą.
Jeden z byłych studentów i kolegów Greena, Jianhua Zhao, współzałożyciel producenta paneli słonecznych China Sunergy, ogłosił w tym tygodniu, że buduje pilotażową linię produkcyjną do dwustronnego ogniwa słonecznego, które może pochłaniać światło zarówno z przodu, jak i z tyłu. Podstawowa idea, która nie jest nowa, polega na tym, że w niektórych porach dnia światło słoneczne pada na ziemię między rzędami paneli słonecznych w elektrowni słonecznej. To światło odbija się od tyłu paneli i można je zebrać, aby zwiększyć moc wyjściową. Działa to szczególnie dobrze, gdy panele słoneczne są zbudowane na piasku, który jest bardzo odblaskowy. Tam, gdzie jednostronny panel słoneczny może generować 340 watów, dwustronny może generować do 400 watów. Oczekuje, że panele będą generować od 10 do 20 procent więcej energii elektrycznej w ciągu roku.
Takie panele słoneczne można by montować pionowo, jak płot, tak aby jedna strona zbierała światło słoneczne rano, a druga po południu. Umożliwiłoby to zainstalowanie paneli słonecznych na bardzo małej powierzchni — mogłyby służyć na przykład jako ekrany akustyczne wzdłuż autostrad. Taka aranżacja może być również cenna na terenach zakurzonych. Wiele części Bliskiego Wschodu może wydawać się dobrymi miejscami dla paneli słonecznych, ponieważ dociera do nich dużo światła słonecznego, ale częste burze piaskowe zmniejszają moc wyjściową. Pionowe panele nie gromadziłyby tak dużo kurzu, co mogłoby pomóc w ekonomiczności takich systemów.
Nawet w dłuższej perspektywie Green stawia na krzem, dążąc do skorzystania z ogromnych obniżek kosztów, które już zaobserwowano dzięki tej technologii. Ma nadzieję znacznie zwiększyć wydajność krzemowych paneli słonecznych, łącząc krzem z jednym lub dwoma innymi półprzewodnikami, z których każdy jest wybrany w celu wydajnej konwersji części widma słonecznego, której krzem nie przetwarza efektywnie. Dodanie jednego półprzewodnika może zwiększyć wydajność z zakresu od 20 do 25 procent do około 40 procent. Dodanie kolejnego może umożliwić osiągnięcie nawet 50 procent wydajności, co zmniejszyłoby o połowę liczbę paneli słonecznych potrzebnych w danej instalacji. Wyzwanie polega na stworzeniu dobrych połączeń między tymi półprzewodnikami, co utrudnia ułożenie atomów krzemu w krzemie krystalicznym.