Večina sončnih kolektorjev, ki danes pokrivajo strehe, polja in puščave po svetu, ima isto sestavino: kristalni silicij.Material, izdelan iz surovega polisilicija, je oblikovan v rezine in povezan v sončne celice, naprave, ki pretvarjajo sončno svetlobo v elektriko.V zadnjem času je odvisnost industrije od te edinstvene tehnologije postala nekakšna težava.Ozka grla v dobavni verigise upočasnjujejonovih solarnih naprav po vsem svetu.Glavni dobavitelji polisilicija v kitajski regiji Xinjiang —obtožen uporabe prisilnega dela Ujgurov— se soočajo s trgovinskimi sankcijami ZDA.
Na srečo kristalni silicij ni edini material, ki lahko pomaga pri izkoriščanju sončne energije.V Združenih državah si znanstveniki in proizvajalci prizadevajo razširiti proizvodnjo kadmijevega telurida solarne tehnologije.Kadmijev telurid je vrsta "tankoplastne" sončne celice in, kot že ime pove, je veliko tanjši od tradicionalne silicijeve celice.Danes plošče uporabljajo kadmijev teluriddobava okoli 40 odstotkovtrga javnih služb v ZDA in približno 5 odstotkov svetovnega solarnega trga.In bodo imeli koristi od nasprotnih vetrov, s katerimi se sooča širša solarna industrija.
"To je zelo nestanoviten čas, zlasti za dobavno verigo kristalnega silicija na splošno," je dejal Kelsey Goss, analitik solarne raziskave za energetsko svetovalno skupino Wood Mackenzie."Proizvajalci kadmijevega telurida imajo velik potencial, da v prihodnjem letu prevzamejo večji tržni delež."Še posebej, je opozorila, ker se sektor kadmijevega telurida že povečuje.
Junija je proizvajalec sončne energije First Solar napovedal, da bovložiti 680 milijonov dolarjevv tretji solarni tovarni kadmijevega telurida v severozahodnem Ohiu.Ko bo objekt končan leta 2025, bo podjetje lahko na tem območju izdelovalo sončne celice v vrednosti 6 gigavatov.To je dovolj za napajanje približno 1 milijona ameriških domov.Drugo solarno podjetje s sedežem v Ohiu, Toledo Solar, je pred kratkim vstopilo na trg in izdeluje plošče iz kadmijevega telurida za stanovanjske strehe.Junija sta ameriško ministrstvo za energijo in njegov nacionalni laboratorij za obnovljivo energijo ali NREL,začela program v vrednosti 20 milijonov dolarjevza pospešitev raziskav in rast dobavne verige za kadmijev telurid.Eden od ciljev programa je pomagati izolirati sončni trg v ZDA pred globalnimi omejitvami ponudbe.
Raziskovalci pri NREL in First Solar, prej imenovani Solar Cell Inc., so sodelovali že od zgodnjih devetdesetih let prejšnjega stoletja pri razvojutehnologija kadmijevega telurida.Kadmij in telurid sta stranska produkta taljenja cinkove rude oziroma rafiniranja bakra.Medtem ko so silicijeve rezine povezane skupaj, da tvorijo celice, sta kadmij in telurid nanesena kot tanek sloj - približno ena desetina premera človeškega lasu - na stekleno ploščo, skupaj z drugimi materiali, ki prevodijo elektriko.First Solar, zdaj največji proizvajalec tankih filmov na svetu, je dobavil panele za solarne instalacije v 45 državah.
Tehnologija ima določene prednosti pred kristalnim silicijem, je dejala znanstvenica NREL Lorelle Mansfield.Na primer, postopek tankega filma zahteva manj materialov kot pristop na osnovi rezin.Tehnologija tankega filma je prav tako zelo primerna za uporabo v fleksibilnih ploščah, kot so tiste, ki pokrivajo nahrbtnike ali brezpilotna letala ali so integrirane v fasade in okna stavb.Pomembno je, da plošče s tankim filmom delujejo bolje pri visokih temperaturah, medtem ko se lahko silikonske plošče pregrejejo in postanejo manj učinkovite pri ustvarjanju električne energije, je dejala.
Toda kristalni silicij ima prednost na drugih področjih, kot je njihova povprečna učinkovitost - kar pomeni odstotek sončne svetlobe, ki jo plošče absorbirajo in pretvorijo v elektriko.V preteklosti so imele silicijeve plošče večjo učinkovitost kot tehnologija kadmijevega telurida, čeprav se vrzel manjša. Današnje industrijsko proizvedene silicijeve plošče lahko dosežejo učinkovitost18 do 22 odstotkov, medtem ko je First Solar poročal o povprečni učinkovitosti 18 odstotkov za svoje najnovejše komercialne panele.
Kljub temu je glavni razlog za prevlado silicija na svetovnem trgu relativno preprost."Vse je odvisno od stroškov," je dejal Goss."Trg sončne energije običajno močno poganja najcenejša tehnologija."
Kristalni silicij stane približno 0,24 do 0,25 USD za proizvodnjo vsakega vata sončne energije, kar je manj kot pri drugih kandidatih, je dejala.Podjetje First Solar je dejalo, da ne poroča več o ceni na vat za proizvodnjo svojih panelov iz kadmijevega telurida, le da so stroški "znatno upadli" od leta 2015 - ko je podjetjeprijavljeni stroški 0,46 USD na vat— in še naprej padajo vsako leto.Obstaja nekaj razlogov za relativno poceni silicija.Surovina polisilicij, ki se uporablja tudi v računalnikih in pametnih telefonih, je širše dostopna in poceni kot zaloge kadmija in telurida.Ker so se tovarne za silicijeve plošče in sorodne komponente povečale, so skupni stroški izdelave in namestitve tehnologije upadli.Kitajska vlada je prav tako močnopodprto in subvencioniranosilicijev sončni sektor v državi – tako zelo, dapribližno 80 odstotkovdel svetovne dobavne verige solarne proizvodnje zdaj poteka prek Kitajske.
Padajoči stroški panelov so povzročili svetovni sončni razcvet.V zadnjem desetletju se je skupna svetovna nameščena sončna zmogljivost povečala za skoraj desetkrat, s približno 74.000 megavatov leta 2011 na skoraj 714.000 megavatov leta 2020.po navedbahMednarodna agencija za obnovljivo energijo.Združene države predstavljajo približno eno sedmino svetovnega obsega in sončna energija je zdajeden največjih virovnovih električnih zmogljivosti, nameščenih v ZDA vsako leto.
Pričakuje se, da se bo cena na vat kadmijevega telurida in drugih tankoslojnih tehnologij podobno zmanjšala, ko se bo proizvodnja širila.(Prvi Solar pravida bo podjetje ob odprtju svojega novega obrata v Ohiu zagotavljalo najnižji strošek na vat na celotnem solarnem trgu.) Vendar stroški niso edina metrika, ki je pomembna, kot pojasnjujejo trenutne težave v dobavni verigi industrije in skrbi glede dela.
Mark Widmar, izvršni direktor podjetja First Solar, je dejal, da je načrtovana širitev podjetja v vrednosti 680 milijonov dolarjev del večjih prizadevanj za izgradnjo samozadostne dobavne verige in "ločitev" ameriške solarne industrije od Kitajske.Čeprav plošče iz kadmijevega telurida ne uporabljajo polisilicija, je First Solar občutil druge izzive, s katerimi se sooča industrija, kot so zaostanki zaradi pandemije v pomorski ladijski industriji.Aprila je First Solar vlagateljem povedal, da zastoji v ameriških pristaniščih zadržujejo pošiljke plošč iz njegovih obratov v Aziji.Povečanje proizvodnje v ZDA bo podjetju omogočilo, da za pošiljanje svojih plošč uporablja ceste in železnice, ne pa tovornih ladij, je dejal Widmar.Obstoječi program recikliranja solarnih kolektorjev podjetju omogoča večkratno ponovno uporabo materialov, kar dodatno zmanjšuje odvisnost od tujih dobavnih verig in surovin.
Medtem ko First Solar izdeluje plošče, znanstveniki tako v podjetju kot v NREL nadaljujejo s preizkušanjem in izboljševanjem tehnologije kadmijevega telurida.V letu 2019 partnerjirazvili nov pristopki vključuje "dopiranje" tankoslojnih materialov z bakrom in klorom, da se doseže še večja učinkovitost.V začetku tega meseca je NRELobjavil rezultate25-letnega terenskega testiranja v svojem objektu na prostem v Goldenu v Koloradu.12-panelni niz plošč iz kadmijevega telurida je deloval z 88 odstotki svoje prvotne učinkovitosti, kar je močan rezultat za ploščo, ki je bila zunaj več kot dve desetletji.Degradacija "je v skladu s tem, kar počnejo silicijevi sistemi," glede na izdajo NREL.
Mansfield, znanstvenik NREL, je dejal, da cilj ni zamenjati kristalni silicij s kadmijevim teluridom ali vzpostaviti eno tehnologijo kot boljšo od druge."Mislim, da je na trgu prostor za vse in vsak ima svojo aplikacijo," je dejala."Želimo, da gre vsa energija v obnovljive vire, zato resnično potrebujemo vse te različne vrste tehnologije, da se spopademo s tem izzivom."
Čas objave: 17. september 2021