Πρωτοποριακά υλικά και αύξηση της ισχύος προδιαγράφουν την κυριαρχία των φωτοβολταϊκών την «επόμενη μέρα»

Η ηλιακή βιομηχανία έχει περάσει δεκαετίες μειώνοντας το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας απευθείας από τον ήλιο. Τώρα εστιάζει στο να κάνει τα πάνελ ακόμα πιο ισχυρά.

Με την εξοικονόμηση στην κατασκευή εξοπλισμού να έχει σταθεροποιηθεί και πιο πρόσφατα να πιέζεται από την άνοδο των τιμών των πρώτων υλών, οι παραγωγοί εντείνουν τις προσπάθειες για την πρόοδο της τεχνολογίας στην δημιουργία καλύτερων εξαρτημάτων και χρησιμοποιούν ολοένα και πιο εξελιγμένα σχέδια για την παραγωγή περισσότερης ηλεκτρικής ενέργειας από ηλιακά πάρκα ίδιου μεγέθους, όπως αναφέρει το Bloomberg.

«Τα πρώτα 20 χρόνια του 21ου αιώνα σημειώθηκαν τεράστιες μειώσεις στις τιμές, αλλά η ταχύτητα της μείωσης άρχισε να επιβραδύνεται αισθητά τα τελευταία δύο χρόνια», δήλωσε ο Xiaojing Sun της Wood Mackenzie. «Ευτυχώς, οι νέες τεχνολογίες θα δημιουργήσουν περαιτέρω μειώσεις κόστους-ηλεκτρικής ενέργειας », όπως λέει.

Η ώθηση για ισχυρότερο ηλιακό εξοπλισμό υπογραμμίζει τον τρόπο με τον οποίο οι περαιτέρω μειώσεις του κόστους παραμένουν απαραίτητες για να προχωρήσει η απομάκρυνση από τα ορυκτά καύσιμα. Ενώ τα φωτοβολταϊκά πάρκα είναι συνήθως φθηνότερα από τις πιο προηγμένες μονάδες άνθρακα ή φυσικού αερίου, θα χρειαστεί επιπλέον εξοικονόμηση για τη σύζευξη καθαρών πηγών ενέργειας με την ακριβή τεχνολογία αποθήκευσης που απαιτείται για ενέργεια χωρίς άνθρακα όλο το εικοσιτετράωρο.

Μεγαλύτερα εργοστάσια, η χρήση αυτοματισμού και αποτελεσματικότερες μέθοδοι παραγωγής έχουν αποφέρει οικονομίες κλίμακας, χαμηλότερο κόστος εργασίας και λιγότερα απόβλητα υλικών για τον ηλιακό τομέα. Το μέσο κόστος ενός ηλιακού πάνελ μειώθηκε κατά 90% από το 2010 έως το 2020.

Η ενίσχυση της παραγωγής ενέργειας ανά πάνελ σημαίνει ότι οι εταιρείες μπορούν να παραδίδουν την ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας από μια λειτουργία μικρότερου μεγέθους. Αυτό είναι δυνητικά κρίσιμο, καθώς το κόστος γης, κατασκευών, μηχανικών και άλλου εξοπλισμού δεν έχει μειωθεί με τον ίδιο τρόπο όπως οι τιμές των πάνελ.

«Βλέπουμε ανθρώπους που είναι πρόθυμοι να πληρώσουν υψηλότερη τιμή για μια μονάδα υψηλότερης ισχύος, που τους επιτρέπει να παράγουν περισσότερη ισχύ και να βγάζουν περισσότερα χρήματα από τη γη τους», δήλωσε η Jenny Chase, επικεφαλής ερευνητής στο BloombergNEF.

Έρχονται ήδη συστήματα υψηλότερης ισχύος. Μέσα σε μεγάλο μέρος της τελευταίας δεκαετίας, τα περισσότερα ηλιακά πάνελ παρήγαγαν μέγιστο περίπου 400 W ηλεκτρικής ενέργειας. Στις αρχές του 2020,οι εταιρείες άρχισαν να πωλούν πάνελ 500 W, και τον Ιούνιο, η εταιρεία Risen Energy Co. με έδρα την Κίνα, παρουσίασε ένα μοντέλο 700 W.

«Πιο ισχυρές και υψηλής απόδοσης μονάδες θα μειώσουν το κόστος σε όλη την αλυσίδα αξίας του έργου, υποστηρίζοντας τις προοπτικές μας για σημαντική ανάπτυξη του κλάδου κατά την επόμενη δεκαετία», ανέφεραν οι αναλυτές της Fitch Solutions σε σημείωμά τους τον περασμένο μήνα.

Οι νέες τεχνολογίες

Εδώ είναι μερικοί από τους τρόπους με τους οποίους οι εταιρείες ηλιακής ενέργειας δημιουργούν ισχυρά πάνελ:

Περοβσκίτης

Ενώ πολλές τρέχουσες εξελίξεις περιλαμβάνουν τροποποιήσεις στις υπάρχουσες τεχνολογίες, ο περοβσκίτης έρχεται να φέρει μια πραγματική αποκάλυψη. Πιο λεπτός και πιο διαφανής από το πολυπυρίτιο, το υλικό που χρησιμοποιείται παραδοσιακά, ο περοβσκίτης θα μπορούσε τελικά να επιστρωθεί πάνω από τα υπάρχοντα ηλιακά πάνελ για να ενισχύσει την απόδοση ή να ενσωματωθεί με γυαλί για παράθυρα κτιρίου που παράγουν επίσης ισχύ.

«Θα είμαστε σε θέση να μεταφέρουμε την ηλιακή ενέργεια στο επόμενο επίπεδο», δήλωσε ο Kim Dohyung, κύριος ερευνητής σε μια ομάδα έργων περοβσκίτη της Korea Electric Power Corp., μία από τις πολλές εταιρείες που πειραματίζονται με το υλικό. «Τελικά, αυτή η νέα τεχνολογία θα μας επιτρέψει να συμβάλουμε σημαντικά στη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου».

Η υιοθέτηση του περοβσκίτη είχε προηγουμένως αμφισβητηθεί από το κόστος και τα τεχνικά ζητήματα που εμπόδισαν την παραγωγή του σε εμπορική κλίμακα. Τώρα υπάρχουν σημάδια ότι αυτό αλλάζει: Η Wuxi UtmoLight Technology Co. τον Μάιο ανακοίνωσε ότι θα ξεκινήσει μια πιλοτική γραμμή μέχρι τον Οκτώβριο, με μαζική παραγωγή το 2023.

Η 1366 Technologies Inc. με έδρα τη Μασαχουσέτη, η οποία κατασκευάζει δίσκους ημιαγωγών για ηλιακά κύτταρα, τον περασμένο μήνα δήλωσε ότι συγχωνεύεται με την Hunt Perovskite Technologies LLC. Η νέα εταιρεία, που ονομάζεται CubicPV, συνδυάζει δύο συμπληρωματικές τεχνολογίες που προσφέρουν τη δυνατότητα δημιουργίας πιο αποδοτικών πάνελ. Σχεδιάζει να παράγει φωτοβολταϊκά προϊόντα που θα χρησιμοποιούν την τεχνολογία περοβσκίτη της Hunt, σε στρώσεις πάνω από δίσκους ημιαγωγών πυριτίου που αναπτύχθηκαν από την 1366.

Πάνελ δύο όψεων/ Bi-facial

Οι ηλιακοί συλλέκτες αντλούν συνήθως τη δύναμή τους από την πλευρά που βλέπει στον ήλιο, αλλά μπορούν επίσης να κάνουν χρήση της μικρής ποσότητας φωτός που αντανακλάται από το έδαφος. Τα πάνελ δύο όψεων άρχισαν να κερδίζουν τις εντυπώσεις το 2019, με τους παραγωγούς να επιδιώκουν να συλλάβουν τα επιπλέον στοιχεία της ηλεκτρικής ενέργειας αντικαθιστώντας το αδιαφανές υλικό υποστήριξης με ειδικό γυαλί.

Ενισχύθηκαν επίσης προσωρινά από νομοθετικό ‘παραθυράκι’ στις ΗΠΑ που τα εξαιρούσε από τα τιμολόγια. Η τάση έπιασε απροετοίμαστους τους προμηθευτές ηλιακών υαλοπινάκων και οδήγησε στην αύξηση των τιμών. Στα τέλη του περασμένου έτους, η Κίνα χαλάρωσε τους κανονισμούς για την παραγωγή τέτοιου υλικού γυαλιού και αυτό θα πρέπει να προετοιμάσει το έδαφος για ευρύτερη υιοθέτηση της ηλιακής τεχνολογίας διπλής όψης.

Πολυπυριτικό

Μια άλλη αλλαγή που μπορεί να επιφέρει αύξηση της ισχύος είναι η μετάβαση από θετικά φορτισμένο υλικό πυριτίου για ηλιακούς συλλέκτες σε προϊόντα με αρνητική φόρτιση ή τύπου Ν. Το υλικό τύπου Ν κατασκευάζεται με την ανάμειξη πολυπυριτίου με μικρή ποσότητα από ένα στοιχείο με επιπλέον ηλεκτρόνια, όπως το φωσφόρο. Είναι πιο ακριβό, αλλά μπορεί να είναι έως και 3,5% πιο ισχυρό από το υλικό που κυριαρχεί σήμερα. Τα προϊόντα αυτά αναμένεται να αρχίσουν να παίρνουν μερίδιο αγοράς το 2024 και να είναι το κυρίαρχο υλικό μέχρι το 2028, σύμφωνα με την PV-Tech.

Στην ηλιακή αλυσίδα εφοδιασμού, το εξαιρετικά εκλεπτυσμένο πολυπυρίτιο διαμορφώνεται σε ορθογώνια πλινθώματα, τα οποία με τη σειρά τους τεμαχίζονται σε εξαιρετικά λεπτά τετράγωνα γνωστά ως δίσκοι ημιαγωγού. Αυτοί οι δίσκοι ημιαγωγού σχηματίζουν κελιά και συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ηλιακούς συλλέκτες.

Από τη δεκαετία του 2010, οι τυπικοί δίσκοι ημιαγωγού ήταν ένα τετράγωνο 156 χιλιοστών (6,14 ίντσες) πολυπυριτίου, περίπου του μεγέθους της μπροστινής θήκης ενός CD. Τώρα, οι εταιρείες κάνουν τα τετράγωνα μεγαλύτερα για να αυξήσουν την αποδοτικότητα και να μειώσουν το κόστος κατασκευής.

Οι παραγωγοί κάνουν τους δίσκους ημιαγωγού 182 και 210 χιλιοστά και τα μεγαλύτερα μεγέθη αναμένεται να καλύπτουν, από το 19% της αγοράς φέτος, περισσότερο από το 50% έως το 2023, σύμφωνα με την Wood Mackenzie.

Τα εργοστάσια που συνδέουν τους δίσκους ημιαγωγού σε κελιά, -τα οποία μετατρέπουν ηλεκτρόνια που διεγείρονται από φωτόνια φωτός σε ηλεκτρισμό-, προσθέτουν νέα σχέδια όπως ετεροδιασταλτικά ή παθητικά κύτταρα επαφής με οξείδιο σήραγγας. Ενώ είναι πιο ακριβές στην κατασκευή τους, αυτές οι δομές επιτρέπουν στα ηλεκτρόνια να συνεχίζουν να αναπηδούν για περισσότερο χρόνο, αυξάνοντας την ποσότητα ισχύος που παράγουν.