Większość paneli słonecznych pokrywających obecnie dachy, pola i pustynie świata ma ten sam składnik: krystaliczny krzem.Materiał, wykonany z surowego polikrzemu, jest formowany w płytki i podłączany do ogniw słonecznych, urządzeń przekształcających światło słoneczne w energię elektryczną.Ostatnio zależność branży od tej wyjątkowej technologii stała się swego rodzaju ciężarem.Wąskie gardła łańcucha dostawzwalniająnowych instalacji fotowoltaicznych na całym świecie.Główni dostawcy polikrzemu w chińskim regionie Xinjiang —oskarżony o wykorzystywanie pracy przymusowej Ujgurów— stoją w obliczu amerykańskich sankcji handlowych.
Na szczęście krystaliczny krzem nie jest jedynym materiałem, który może pomóc wykorzystać energię słoneczną.W Stanach Zjednoczonych naukowcy i producenci pracują nad rozszerzeniem produkcji technologii solarnej z tellurku kadmu.Tellurek kadmu jest rodzajem ogniwa słonecznego „cienkowarstwowego” i, jak sama nazwa wskazuje, jest znacznie cieńszy niż tradycyjne ogniwo krzemowe.Dziś panele wykorzystujące tellurek kadmudostarczyć około 40 procrynku energii elektrycznej w USA i około 5 procent światowego rynku energii słonecznej.I mogą skorzystać z przeciwnych wiatrów stojących przed szerszym przemysłem fotowoltaicznym.
„To bardzo niestabilny czas, zwłaszcza ogólnie dla łańcucha dostaw krzemu krystalicznego” – powiedział Kelsey Goss, analityk ds. badań energii słonecznej w grupie doradztwa energetycznego Wood Mackenzie.„Producenci tellurku kadmu mają ogromny potencjał do zdobycia większego udziału w rynku w nadchodzącym roku”.Zauważyła zwłaszcza, że sektor tellurku kadmu już się rozwija.
W czerwcu producent energii słonecznej First Solar powiedział, że takzainwestować 680 mln dolaróww trzeciej fabryce energii słonecznej z tellurku kadmu w północno-zachodnim Ohio.Kiedy obiekt zostanie ukończony, w 2025 roku, firma będzie w stanie wyprodukować w okolicy panele słoneczne o mocy 6 gigawatów.To wystarczy do zasilenia około miliona amerykańskich domów.Inna firma z Ohio, Toledo Solar, niedawno weszła na rynek i produkuje panele z tellurku kadmu do dachów mieszkalnych.A w czerwcu Departament Energii Stanów Zjednoczonych i jego Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL)uruchomił program o wartości 20 milionów dolarówprzyspieszyć badania i rozwinąć łańcuch dostaw tellurku kadmu.Jednym z celów programu jest pomoc w odizolowaniu amerykańskiego rynku energii słonecznej od globalnych ograniczeń dostaw.
Naukowcy z NREL i First Solar, wcześniej nazywani Solar Cell Inc., pracowali razem od wczesnych lat 90.technologii tellurku kadmu.Kadm i tellurek są produktami ubocznymi odpowiednio wytapiania rud cynku i rafinacji miedzi.Podczas gdy płytki krzemowe są połączone ze sobą w celu wytworzenia ogniw, kadm i tellurek są nakładane jako cienka warstwa – około jednej dziesiątej średnicy ludzkiego włosa – na taflę szkła wraz z innymi materiałami przewodzącymi prąd.First Solar, obecnie największy na świecie producent cienkowarstwowych, dostarczył panele do instalacji fotowoltaicznych w 45 krajach.
Technologia ma pewne zalety w porównaniu z krzemem krystalicznym, powiedział naukowiec NREL Lorelle Mansfield.Na przykład proces cienkowarstwowy wymaga mniej materiałów niż podejście oparte na płytkach.Technologia cienkowarstwowa doskonale nadaje się również do stosowania w elastycznych panelach, takich jak te, które pokrywają plecaki lub drony lub są zintegrowane z elewacjami budynków i oknami.Co ważne, cienkowarstwowe panele działają lepiej w wysokich temperaturach, podczas gdy panele silikonowe mogą się przegrzewać i stają się mniej wydajne w wytwarzaniu energii elektrycznej, powiedziała.
Ale krystaliczny krzem ma przewagę w innych obszarach, takich jak ich średnia wydajność — co oznacza procent światła słonecznego, który panele pochłaniają i przekształcają w energię elektryczną.W przeszłości panele krzemowe charakteryzowały się wyższą wydajnością niż technologia tellurku kadmu, chociaż różnica ta się zmniejsza. Obecnie produkowane przemysłowo panele krzemowe mogą osiągać wydajność rzędu18 do 22 proc, podczas gdy First Solar odnotował średnią wydajność swoich najnowszych paneli komercyjnych na poziomie 18 procent.
Jednak główny powód, dla którego krzem zdominował światowy rynek, jest stosunkowo prosty.„Wszystko sprowadza się do kosztów” – powiedział Goss.„Rynek energii słonecznej jest zwykle napędzany przez najtańszą technologię”.
Powiedziała, że krystaliczny krzem kosztuje około 0,24 do 0,25 USD, aby wyprodukować każdy wat energii słonecznej, czyli mniej niż inni konkurenci.First Solar powiedział, że nie podaje już kosztów za wat produkcji swoich paneli z tellurku kadmu, tylko że koszty „znacząco spadły” od 2015 r. – kiedy firmazgłosił koszty 0,46 USD za wat— i spadać co roku.Istnieje kilka powodów względnej taniości krzemu.Surowiec polikrzem, który jest również stosowany w komputerach i smartfonach, jest szerzej dostępny i tańszy niż dostawy kadmu i tellurku.Wraz ze wzrostem skali fabryk paneli krzemowych i powiązanych komponentów ogólne koszty produkcji i instalacji technologii spadły.Rząd chiński również mocnowspierane i dotowanekrajowy sektor krzemowej energii słonecznej — tak bardzookoło 80 procświatowego łańcucha dostaw do produkcji energii słonecznej przebiega obecnie przez Chiny.
Spadające koszty paneli napędzają globalny boom na energię słoneczną.W ciągu ostatniej dekady całkowita zainstalowana moc słoneczna na świecie wzrosła prawie dziesięciokrotnie, z około 74 000 megawatów w 2011 r. do prawie 714 000 megawatów w 2020 r.wedługMiędzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej.Stany Zjednoczone odpowiadają za około jedną siódmą światowej sumy, a energia słoneczna jest terazjedno z największych źródełnowej mocy elektrycznej instalowanej co roku w USA.
Oczekuje się, że koszt za wat tellurku kadmu i innych technologii cienkowarstwowych zmniejszy się wraz z rozwojem produkcji.(– mówi First Solarże po otwarciu nowego zakładu w Ohio firma zapewni najniższy koszt za wat na całym rynku fotowoltaicznym.) Ale koszt nie jest jedynym wskaźnikiem, który ma znaczenie, co jasno pokazują obecne w branży problemy z łańcuchem dostaw i obawy dotyczące siły roboczej.
Mark Widmar, dyrektor generalny First Solar, powiedział, że planowana przez firmę ekspansja o wartości 680 milionów dolarów jest częścią większego wysiłku mającego na celu zbudowanie samowystarczalnego łańcucha dostaw i „oddzielenie” amerykańskiego przemysłu słonecznego od Chin.Chociaż panele z tellurku kadmu nie wykorzystują polikrzemu, firma First Solar odczuła inne wyzwania stojące przed branżą, takie jak zaległości spowodowane pandemią w branży żeglugi morskiej.W kwietniu firma First Solar poinformowała inwestorów, że zatory w amerykańskich portach wstrzymują dostawy paneli z jej zakładów w Azji.Zwiększenie produkcji w USA pozwoli firmie na korzystanie z dróg i linii kolejowych do wysyłania paneli, a nie statków towarowych, powiedział Widmar.Istniejący program recyklingu paneli słonecznych firmy pozwala na wielokrotne ponowne wykorzystanie materiałów, co dodatkowo zmniejsza zależność od zagranicznych łańcuchów dostaw i surowców.
Gdy firma First Solar produkuje panele, naukowcy zarówno firmy, jak i NREL kontynuują testowanie i ulepszanie technologii tellurku kadmu.W 2019 roku partnerzyopracował nowe podejściepolega to na „domieszkowaniu” cienkowarstwowych materiałów miedzią i chlorem w celu osiągnięcia jeszcze wyższych wydajności.Na początku tego miesiąca NRELogłosił wyniki25-letnich testów terenowych w zakładzie zewnętrznym w Golden w Kolorado.12-panelowy układ paneli z tellurku kadmu działał z 88 procentami swojej pierwotnej wydajności, co jest dobrym wynikiem dla panelu, który stał na zewnątrz przez ponad dwie dekady.Degradacja „jest zgodna z tym, co robią systemy krzemowe”, zgodnie z wydaniem NREL.
Mansfield, naukowiec NREL, powiedział, że celem nie jest zastąpienie krystalicznego krzemu tellurkiem kadmu ani ustanowienie jednej technologii jako lepszej od drugiej.„Myślę, że na rynku jest miejsce dla wszystkich z nich i każdy z nich ma swoje zastosowania” — powiedziała.„Chcemy, aby cała energia trafiała do źródeł odnawialnych, więc naprawdę potrzebujemy wszystkich tych różnych rodzajów technologii, aby sprostać temu wyzwaniu”.
Czas postu: 17 września 2021 r