Большасць сонечных панэляў, якія сёння пакрываюць дахі, палі і пустыні свету, маюць адзін і той жа інгрэдыент: крышталічны крэмній.Матэрыял, выраблены з неапрацаванага полікрэмнія, фармуецца ў пласціны і падключаецца да сонечных батарэй, прылад, якія пераўтвараюць сонечнае святло ў электрычнасць.У апошні час залежнасць галіны ад гэтай унікальнай тэхналогіі стала чымсьці накшталт адказнасці.Вузкія месцы ў ланцугу паставакзапавольваюццановыя сонечныя ўстаноўкі па ўсім свеце.Асноўныя пастаўшчыкі полікрэмнію ў кітайскім рэгіёне Сіньцзян —абвінавачаны ў выкарыстанні прымусовай працы з уйгураў— сутыкаюцца з гандлёвымі санкцыямі ЗША.
На шчасце, крышталічны крэмній - не адзіны матэрыял, які можа дапамагчы выкарыстоўваць энергію сонца.У Злучаных Штатах навукоўцы і вытворцы працуюць над пашырэннем вытворчасці сонечнай тэхналогіі тэлурыду кадмію.Тэлурыд кадмію - гэта тып сонечнай батарэі з тонкай плёнкай, і, як вынікае з гэтай назвы, яна значна танчэйшая за традыцыйную крэмніевую батарэю.Сёння панэлі з выкарыстаннем теллурида кадміюпастаўкі каля 40 працэнтаўрынку камунальных паслуг ЗША і каля 5 працэнтаў сусветнага рынку сонечнай энергіі.І яны выйграюць ад сустрэчнага ветру, з якім сутыкаецца больш шырокая сонечная індустрыя.
«Гэта вельмі нестабільны час, асабліва для ланцужка паставак крышталічнага крэмнію ў цэлым», - сказала Келсі Гос, аналітык па сонечных даследаваннях кансультацыйнай групы па пытаннях энергетыкі Wood Mackenzie.«Для вытворцаў тэлурыду кадмію ёсць вялікі патэнцыял заняць большую долю рынку ў наступным годзе».Тым больш, адзначыла яна, што сектар тэлурыду кадмію ўжо нарошчваецца.
У чэрвені вытворца сонечнай энергіі First Solar заявіў, што будзеінвеставаць 680 мільёнаў долараўна трэцяй сонечнай фабрыцы тэлурыду кадмію на паўночным захадзе Агаё.Калі аб'ект будзе скончаны ў 2025 годзе, кампанія зможа вырабляць у гэтым раёне сонечныя батарэі магутнасцю 6 гігават.Гэтага дастаткова, каб забяспечыць электраэнергіяй прыкладна 1 мільён амерыканскіх дамоў.Іншая фірма, якая базуецца ў Агаё, Toledo Solar, нядаўна выйшла на рынак і вырабляе панэлі з тэлурыду кадмію для дахаў жылых дамоў.А ў чэрвені Міністэрства энергетыкі ЗША і яго Нацыянальная лабараторыя аднаўляльных крыніц энергіі, або NREL,запусціў праграму на 20 мільёнаў долараўпаскорыць даследаванні і павялічыць ланцужок паставак тэлурыду кадмію.Адна з мэтаў праграмы - дапамагчы ізаляваць амерыканскі рынак сонечнай энергіі ад глабальных абмежаванняў у пастаўках.
Даследчыкі NREL і First Solar, якія раней называліся Solar Cell Inc., працавалі разам з пачатку 1990-х гадоў над распрацоўкайтэхналогія тэлурыду кадмію.Кадмій і тэлурыд з'яўляюцца пабочнымі прадуктамі выплаўлення цынкавых руд і рафінавання медзі адпаведна.У той час як крамянёвыя пласціны злучаныя паміж сабой, каб зрабіць клеткі, кадмій і тэлурыд наносяцца ў выглядзе тонкага пласта - прыкладна ў адну дзесятую дыяметра чалавечага воласа - на шкло разам з іншымі электраправоднымі матэрыяламі.First Solar, цяпер найбуйнейшы ў свеце вытворца тонкай плёнкі, пастаўляе панэлі для сонечных установак у 45 краін.
Тэхналогія мае пэўныя перавагі ў параўнанні з крышталічным крэмніем, сказала навуковец NREL Ларэл Мэнсфілд.Напрыклад, тонкаплёнкавы працэс патрабуе меншай колькасці матэрыялаў, чым падыход на аснове пласцін.Тэхналогія тонкіх плёнак таксама добра падыходзіць для выкарыстання ў гнуткіх панэлях, такіх як тыя, якія закрываюць заплечнікі або беспілотнікі або інтэгруюцца ў фасады і вокны будынкаў.Важна адзначыць, што тонкаплёнкавыя панэлі працуюць лепш пры высокай тэмпературы, у той час як крамянёвыя панэлі могуць перагравацца і станавіцца менш эфектыўнымі пры выпрацоўцы электраэнергіі, сказала яна.
Але крышталічны крэмній мае перавагу ў іншых галінах, такіх як іх сярэдняя эфектыўнасць - гэта значыць працэнт сонечнага святла, якое панэлі паглынаюць і ператвараюць у электрычнасць.Гістарычна склалася так, што крамянёвыя панэлі мелі больш высокую эфектыўнасць, чым тэхналогія тэлурыду кадмію, хоць разрыў звужаецца. Сённяшнія прамыслова вырабленыя крамянёвыя панэлі могуць дасягнуць эфектыўнасці18-22 працэнты, у той час як First Solar паведаміла пра сярэдні ККД 18 працэнтаў для сваіх найноўшых камерцыйных панэляў.
Тым не менш, галоўная прычына таго, што крэмній дамінаваў на сусветным рынку, адносна простая."Усё зводзіцца да кошту", - сказаў Гос.«Рынак сонечнай энергіі, як правіла, моцна абумоўлены самымі таннымі тэхналогіямі».
Крышталічны крэмній каштуе прыкладна ад 0,24 да 0,25 даляра для вытворчасці кожнага вата сонечнай энергіі, што менш, чым у іншых прэтэндэнтаў, сказала яна.First Solar заявіла, што больш не паведамляе аб кошце за ват для вытворчасці сваіх панэляў з тэлурыду кадмію, толькі што выдаткі "значна знізіліся" з 2015 года - калі кампаніязаяўленыя выдаткі ў 0,46 даляра за ват— і працягваюць падаць з кожным годам.Ёсць некалькі прычын адноснай таннасці крэмнію.Сыравіна полікрэмній, які таксама выкарыстоўваецца ў кампутарах і смартфонах, з'яўляецца больш даступным і недарагім, чым пастаўкі кадмію і тэлурыду.Паколькі заводы па вытворчасці крэмніевых панэляў і звязаных з імі кампанентаў павялічыліся, агульныя выдаткі на выраб і ўстаноўку тэхналогіі знізіліся.Кітайскі ўрад таксама моцнападтрымліваецца і субсідуеццакрамянёвы сонечны сектар краіны — настолькі, штокаля 80 працэнтаўсусветнай ланцужкі паставак вытворчасці сонечных батарэй цяпер праходзіць праз Кітай.
Падзенне кошту панэляў прывяло да сусветнага сонечнага буму.За апошняе дзесяцігоддзе агульная ўстаноўленая сонечная магутнасць у свеце павялічылася амаль у дзесяць разоў: з прыкладна 74 000 мегават у 2011 годзе да амаль 714 000 мегават у 2020 годзе.у адпаведнасці зМіжнароднае агенцтва аднаўляльнай энергіі.На долю Злучаных Штатаў прыпадае каля адной сёмай ад агульнай колькасці ў свеце, і цяпер гэта сонечная энергіяадна з буйнейшых крыніцновых электрычных магутнасцей, устаноўленых у ЗША кожны год.
Чакаецца, што кошт за ват тэлурыду кадмію і іншых тонкаплёнкавых тэхналогій таксама будзе зніжацца па меры пашырэння вытворчасці.(Першы Сонечны кажашто, калі адкрыецца новы завод у Агаё, кампанія будзе забяспечваць самую нізкую цану за ват на ўсім рынку сонечнай энергіі.) Але кошт - не адзіны паказчык, які мае значэнне, як ясна паказваюць бягучыя праблемы галіны ў ланцужку паставак і праблемы з працоўнай сілай.
Марк Відмар, генеральны дырэктар First Solar, сказаў, што запланаванае пашырэнне кампаніі на 680 мільёнаў долараў з'яўляецца часткай больш шырокіх намаганняў па стварэнні самадастатковай ланцужкі паставак і "аддзяленні" сонечнай прамысловасці ЗША ад Кітая.Хоць панэлі з тэлурыду кадмію не выкарыстоўваюць полісілікон, First Solar адчула іншыя праблемы, якія стаяць перад галіной, напрыклад, выкліканыя пандэміяй адставанні ў індустрыі марскога суднаходства.У красавіку First Solar паведаміла інвестарам, што заторы ў амерыканскіх партах затрымліваюць пастаўкі панэляў з яе прадпрыемстваў у Азіі.Павелічэнне вытворчасці ў ЗША дазволіць кампаніі выкарыстоўваць дарогі і чыгунку для дастаўкі сваіх панэляў, а не грузавыя караблі, сказаў Відмар.А існуючая ў кампаніі праграма перапрацоўкі сонечных панэляў дазваляе шматкроць паўторна выкарыстоўваць матэрыялы, што яшчэ больш зніжае залежнасць ад замежных сетак паставак і сыравіны.
Пакуль First Solar вырабляе панэлі, навукоўцы як кампаніі, так і NREL працягваюць тэставаць і ўдасканальваць тэхналогію тэлурыду кадмію.У 2019 г. партнёрывыпрацаваў новы падыходгэта ўключае ў сябе «легаванне» тонкаплёнкавых матэрыялаў меддзю і хлорам для дасягнення яшчэ большай эфектыўнасці.Раней у гэтым месяцы NRELабвясціў вынікі25-гадовых палявых выпрабаванняў на адкрытым аб'екце ў Голдэне, штат Каларада.Масіў з 12 панэляў з тэлурыду кадмію працаваў з 88 працэнтамі першапачатковай эфектыўнасці, што з'яўляецца моцным вынікам для панэлі, якая прастаяла на вуліцы больш за два дзесяцігоддзі.Згодна з рэлізам NREL, дэградацыя «адпавядае таму, што робяць крамянёвыя сістэмы».
Мэнсфілд, навуковец NREL, сказаў, што мэта не ў тым, каб замяніць крышталічны крэмній тэлурыдам кадмію або ўсталяваць адну тэхналогію як лепшую за іншую.«Я думаю, што для ўсіх іх ёсць месца на рынку, і кожны з іх мае сваё прымяненне», — сказала яна.«Мы хочам, каб уся энергія ішла на аднаўляльныя крыніцы, таму нам сапраўды патрэбныя ўсе гэтыя розныя тыпы тэхналогій, каб вырашыць гэтую задачу».
Час публікацыі: 17 верасня 2021 г