Τα περισσότερα ηλιακά πάνελ που καλύπτουν τις στέγες, τα χωράφια και τις ερήμους του κόσμου σήμερα μοιράζονται το ίδιο συστατικό: το κρυσταλλικό πυρίτιο.Το υλικό, κατασκευασμένο από ακατέργαστο πολυπυρίτιο, διαμορφώνεται σε γκοφρέτες και συνδέεται με ηλιακές κυψέλες, συσκευές που μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια.Πρόσφατα, η εξάρτηση του κλάδου από αυτή τη μοναδική τεχνολογία έχει γίνει κάτι σαν υποχρέωση.Συμφόρηση της εφοδιαστικής αλυσίδαςεπιβραδύνουννέες ηλιακές εγκαταστάσεις παγκοσμίως.Μεγάλοι προμηθευτές πολυπυριτίου στην περιοχή Xinjiang της Κίνας —κατηγορείται για χρήση καταναγκαστικής εργασίας από Ουιγούρους— αντιμετωπίζουν εμπορικές κυρώσεις των ΗΠΑ.
Ευτυχώς, το κρυσταλλικό πυρίτιο δεν είναι το μόνο υλικό που μπορεί να βοηθήσει στην αξιοποίηση της ενέργειας του ήλιου.Στις Ηνωμένες Πολιτείες, επιστήμονες και κατασκευαστές εργάζονται για την επέκταση της παραγωγής ηλιακής τεχνολογίας τελλουρίου καδμίου.Το τελλουρίδιο του καδμίου είναι ένας τύπος ηλιακών κυψελών «λεπτής μεμβράνης» και, όπως υποδηλώνει αυτό το όνομα, είναι πολύ πιο λεπτό από ένα παραδοσιακό στοιχείο πυριτίου.Σήμερα, πάνελ που χρησιμοποιούν τελλουρίδιο του καδμίουπρομήθεια περίπου 40 τοις εκατότης αγοράς των ΗΠΑ σε κλίμακα κοινής ωφέλειας και περίπου το 5 τοις εκατό της παγκόσμιας αγοράς ηλιακής ενέργειας.Και πρόκειται να επωφεληθούν από τους αντίθετους ανέμους που αντιμετωπίζει η ευρύτερη βιομηχανία ηλιακής ενέργειας.
«Είναι μια πολύ ασταθής περίοδος, ειδικά για την αλυσίδα εφοδιασμού κρυσταλλικού πυριτίου γενικά», δήλωσε η Kelsey Goss, αναλυτής ηλιακής έρευνας για την ομάδα συμβούλων ενέργειας Wood Mackenzie.«Υπάρχει μεγάλη δυνατότητα για τους κατασκευαστές τελλουρίου καδμίου να πάρουν περισσότερο μερίδιο αγοράς το επόμενο έτος».Ιδιαίτερα, σημείωσε, αφού ο τομέας του τελλουρίου καδμίου κλιμακώνεται ήδη.
Τον Ιούνιο, ο κατασκευαστής ηλιακών First Solar είπε ότι θα το κάνειεπενδύσει 680 εκατομμύρια δολάριασε ένα τρίτο εργοστάσιο ηλιακής ενέργειας τελλουρίου καδμίου στο βορειοδυτικό Οχάιο.Όταν ολοκληρωθεί η εγκατάσταση, το 2025, η εταιρεία θα μπορεί να κατασκευάσει ηλιακούς συλλέκτες αξίας 6 γιγαβάτ στην περιοχή.Αυτό είναι αρκετό για να τροφοδοτήσει περίπου 1 εκατομμύριο αμερικανικά σπίτια.Μια άλλη εταιρεία ηλιακής ενέργειας με έδρα το Οχάιο, η Toledo Solar, εισήλθε πρόσφατα στην αγορά και κατασκευάζει πάνελ τελλουρίου καδμίου για στέγες κατοικιών.Και τον Ιούνιο, το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ και το Εθνικό του Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, ή NREL,ξεκίνησε ένα πρόγραμμα 20 εκατομμυρίων δολαρίωνγια την επιτάχυνση της έρευνας και την ανάπτυξη της εφοδιαστικής αλυσίδας για το τελλουρίδιο του καδμίου.Ένας από τους στόχους του προγράμματος είναι να βοηθήσει στην απομόνωση της ηλιακής αγοράς των ΗΠΑ από τους παγκόσμιους περιορισμούς εφοδιασμού.
Ερευνητές της NREL και της First Solar, που προηγουμένως ονομαζόταν Solar Cell Inc., συνεργάστηκαν από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 για να αναπτύξουντεχνολογία τελλουρίου καδμίου.Το κάδμιο και το τελλουρίδιο είναι υποπροϊόντα της τήξης μεταλλευμάτων ψευδαργύρου και της διύλισης του χαλκού, αντίστοιχα.Ενώ οι γκοφρέτες πυριτίου συνδέονται μεταξύ τους για να δημιουργήσουν κύτταρα, το κάδμιο και το τελλουρίδιο εφαρμόζονται ως ένα λεπτό στρώμα - περίπου το ένα δέκατο της διαμέτρου μιας ανθρώπινης τρίχας - σε ένα υαλοπίνακα, μαζί με άλλα υλικά αγωγιμότητας του ηλεκτρισμού.Η First Solar, πλέον ο μεγαλύτερος κατασκευαστής λεπτών φιλμ στον κόσμο, έχει προμηθεύσει πάνελ για ηλιακές εγκαταστάσεις σε 45 χώρες.
Η τεχνολογία έχει ορισμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με το κρυσταλλικό πυρίτιο, δήλωσε η επιστήμονας του NREL Lorelle Mansfield.Για παράδειγμα, η διαδικασία λεπτής μεμβράνης απαιτεί λιγότερα υλικά από την προσέγγιση που βασίζεται σε γκοφρέτα.Η τεχνολογία λεπτής μεμβράνης είναι επίσης κατάλληλη για χρήση σε εύκαμπτα πάνελ, όπως αυτά που καλύπτουν σακίδια πλάτης ή drones ή είναι ενσωματωμένα σε προσόψεις και παράθυρα κτιρίων.Είναι σημαντικό ότι τα πάνελ λεπτής μεμβράνης αποδίδουν καλύτερα σε υψηλές θερμοκρασίες, ενώ τα πάνελ πυριτίου μπορεί να υπερθερμανθούν και να γίνουν λιγότερο αποδοτικά στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, είπε.
Αλλά το κρυσταλλικό πυρίτιο έχει το πάνω χέρι σε άλλους τομείς, όπως η μέση απόδοσή τους - δηλαδή το ποσοστό του ηλιακού φωτός που απορροφούν τα πάνελ και μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια.Ιστορικά, τα πάνελ πυριτίου είχαν υψηλότερη απόδοση από την τεχνολογία τελλουριδίου του καδμίου, αν και το χάσμα μειώνεται. Τα πάνελ πυριτίου σήμερα που παράγονται βιομηχανικά μπορούν να επιτύχουν απόδοση18 έως 22 τοις εκατό, ενώ η First Solar έχει αναφέρει μέση απόδοση 18 τοις εκατό για τα νεότερα εμπορικά πάνελ της.
Ωστόσο, ο κύριος λόγος που το πυρίτιο έχει κυριαρχήσει στην παγκόσμια αγορά είναι σχετικά απλός.«Όλα εξαρτώνται από το κόστος», είπε ο Γκος.«Η ηλιακή αγορά τείνει να καθοδηγείται ιδιαίτερα από τη φθηνότερη τεχνολογία».
Το κρυσταλλικό πυρίτιο κοστίζει περίπου 0,24 έως 0,25 δολάρια για την παραγωγή κάθε βατ ηλιακής ενέργειας, η οποία είναι μικρότερη από άλλους υποψήφιους, είπε.Η First Solar είπε ότι δεν αναφέρει πλέον το κόστος ανά βατ για την παραγωγή των πάνελ τελλουριδίου του καδμίου, μόνο ότι το κόστος έχει «μειωθεί σημαντικά» από το 2015 — όταν η εταιρείαανέφερε κόστος 0,46 $ ανά watt— και συνεχίζει να μειώνεται κάθε χρόνο.Υπάρχουν μερικοί λόγοι για τη σχετική φθηνότητα του πυριτίου.Η πρώτη ύλη πολυπυρίτιο, η οποία χρησιμοποιείται επίσης σε υπολογιστές και smartphone, είναι πιο ευρέως διαθέσιμη και φθηνή από τις προμήθειες καδμίου και τελλουρίου.Καθώς τα εργοστάσια για πάνελ πυριτίου και συναφή εξαρτήματα έχουν κλιμακωθεί, το συνολικό κόστος κατασκευής και εγκατάστασης της τεχνολογίας έχει μειωθεί.Η κινεζική κυβέρνηση έχει επίσης σε μεγάλο βαθμόυποστηρίζονται και επιδοτούνταιο ηλιακός τομέας πυριτίου της χώρας — τόσο πολύπερίπου 80 τοις εκατότης παγκόσμιας αλυσίδας εφοδιασμού παραγωγής ηλιακής ενέργειας διατρέχει τώρα την Κίνα.
Η πτώση του κόστους των πάνελ έχει οδηγήσει την παγκόσμια ηλιακή έκρηξη.Την τελευταία δεκαετία, η συνολική εγκατεστημένη ηλιακή ισχύς παγκοσμίως έχει σχεδόν δεκαπλασιαστεί, από περίπου 74.000 μεγαβάτ το 2011 σε σχεδόν 714.000 μεγαβάτ το 2020.σύμφωνα μετου Διεθνούς Οργανισμού Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας.Οι Ηνωμένες Πολιτείες αντιπροσωπεύουν περίπου το ένα έβδομο του συνόλου του κόσμου, και η ηλιακή ενέργεια είναι τώραμια από τις μεγαλύτερες πηγέςνέας ισχύος ηλεκτρικής ενέργειας που εγκαθίσταται στις ΗΠΑ κάθε χρόνο.
Το κόστος ανά watt τελλουρίου καδμίου και άλλων τεχνολογιών λεπτής μεμβράνης αναμένεται παρομοίως να συρρικνωθεί καθώς επεκτείνεται η παραγωγή.(Λέει η First Solarότι όταν ανοίξει η νέα της εγκατάσταση στο Οχάιο, η εταιρεία θα προσφέρει το χαμηλότερο κόστος ανά watt σε ολόκληρη την ηλιακή αγορά.) Αλλά το κόστος δεν είναι η μόνη μέτρηση που έχει σημασία, όπως καθιστούν σαφές τα τρέχοντα ζητήματα της αλυσίδας εφοδιασμού του κλάδου και οι ανησυχίες για την εργασία.
Ο Mark Widmar, Διευθύνων Σύμβουλος της First Solar, δήλωσε ότι η προγραμματισμένη επέκταση της εταιρείας 680 εκατομμυρίων δολαρίων είναι μέρος μιας ευρύτερης προσπάθειας για τη δημιουργία μιας αυτάρκης εφοδιαστικής αλυσίδας και την «αποσύνδεση» της ηλιακής βιομηχανίας των ΗΠΑ από την Κίνα.Παρόλο που τα πάνελ τελλουρίου καδμίου δεν χρησιμοποιούν πολυπυρίτιο, η First Solar αντιμετώπισε άλλες προκλήσεις που αντιμετωπίζει ο κλάδος, όπως οι καθυστερήσεις που προκαλούνται από την πανδημία στη ναυτιλιακή βιομηχανία.Τον Απρίλιο, η First Solar είπε στους επενδυτές ότι η συμφόρηση στα αμερικανικά λιμάνια εμπόδιζε τις αποστολές πάνελ από τις εγκαταστάσεις της στην Ασία.Η αύξηση της παραγωγής στις ΗΠΑ θα επιτρέψει στην εταιρεία να χρησιμοποιεί δρόμους και σιδηροδρόμους για να στέλνει τα πάνελ της και όχι φορτηγά πλοία, είπε ο Widmar.Και το υπάρχον πρόγραμμα ανακύκλωσης της εταιρείας για τα ηλιακά της πάνελ της επιτρέπει να επαναχρησιμοποιεί υλικά πολλές φορές, μειώνοντας περαιτέρω την εξάρτησή της από ξένες αλυσίδες εφοδιασμού και πρώτες ύλες.
Καθώς η First Solar παράγει πάνελ, οι επιστήμονες τόσο της εταιρείας όσο και της NREL συνεχίζουν να δοκιμάζουν και να βελτιώνουν την τεχνολογία τελλουρίου καδμίου.Το 2019 οι εταίροιανέπτυξε μια νέα προσέγγισηπου περιλαμβάνει «ντόπινγκ» των υλικών λεπτής μεμβράνης με χαλκό και χλώριο για να επιτευχθούν ακόμη υψηλότερες αποδόσεις.Νωρίτερα αυτό το μήνα, NRELανακοίνωσε τα αποτελέσματαμιας 25χρονης δοκιμής πεδίου στις υπαίθριες εγκαταστάσεις της στο Golden του Κολοράντο.Μια σειρά 12 πλαισίων πάνελ τελλουριδίου του καδμίου λειτουργούσε στο 88 τοις εκατό της αρχικής της απόδοσης, ένα ισχυρό αποτέλεσμα για ένα πάνελ που βρίσκεται έξω για πάνω από δύο δεκαετίες.Η υποβάθμιση «συμβαδίζει με αυτό που κάνουν τα συστήματα πυριτίου», σύμφωνα με την έκδοση του NREL.
Ο Mansfield, ο επιστήμονας του NREL, είπε ότι ο στόχος δεν είναι η αντικατάσταση του κρυσταλλικού πυριτίου με τελλουρίδιο του καδμίου ή η καθιέρωση μιας τεχνολογίας ως ανώτερης από την άλλη.«Νομίζω ότι υπάρχει μια θέση για όλα αυτά στην αγορά και το καθένα έχει τις εφαρμογές του», είπε.«Θέλουμε όλη η ενέργεια να πηγαίνει σε ανανεώσιμες πηγές, επομένως χρειαζόμαστε πραγματικά όλους αυτούς τους διαφορετικούς τύπους τεχνολογίας για να ανταποκριθούμε σε αυτήν την πρόκληση».
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-17-2021