Flestar sólarrafhlöður sem þekja húsþök, akra og eyðimörk heimsins í dag deila sama innihaldsefninu: kristallaðan sílikon.Efnið, sem er gert úr hráu pólýkísil, er mótað í oblátur og tengt inn í sólarsellur, tæki sem breyta sólarljósi í rafmagn.Nýlega hefur háð iðnaðarins á þessari einstöku tækni orðið að einhverju leyti ábyrgð.Flöskuhálsar aðfangakeðjueru að hægja á sérnýjar sólarorkustöðvar um allan heim.Helstu birgjar fjölkísils í Xinjiang svæðinu í Kína —sakaður um að hafa beitt nauðungarvinnu frá Uyghurum— standa frammi fyrir viðskiptaþvingunum Bandaríkjanna.
Sem betur fer er kristallaður sílikon ekki eina efnið sem getur hjálpað til við að virkja orku sólarinnar.Í Bandaríkjunum vinna vísindamenn og framleiðendur að því að auka framleiðslu á kadmíumtellúríði sólartækni.Kadmíumtellúríð er tegund „þunnfilmu“ sólarsellu og eins og nafnið gefur til kynna er það mun þynnri en hefðbundin kísilfruma.Í dag eru spjöld sem nota kadmíumtellúríðframboð um 40 prósentaf bandaríska nytjamarkaðnum og um 5 prósent af alþjóðlegum sólarorkumarkaði.Og þeir munu njóta góðs af mótvindinum sem blasir við víðtækari sólariðnaðinum.
„Þetta er mjög sveiflukenndur tími, sérstaklega fyrir kristallaða kísilbirgðakeðjuna almennt,“ sagði Kelsey Goss, sólarrannsóknafræðingur hjá orkuráðgjafahópnum Wood Mackenzie."Það eru miklir möguleikar fyrir framleiðendur kadmíumtellúríðs að taka meiri markaðshlutdeild á komandi ári."Sérstaklega, benti hún á, þar sem kadmíumtellúríð geirinn er nú þegar að stækka.
Í júní sagði sólarframleiðandinn First Solar að það myndi gera þaðfjárfesta 680 milljónir dollaraí þriðju kadmíumtellúríð sólarverksmiðju í norðvesturhluta Ohio.Þegar verksmiðjan er fullgerð, árið 2025, mun fyrirtækið geta framleitt 6 gígavött af sólarrafhlöðum á svæðinu.Það er nóg til að knýja um það bil 1 milljón bandarískra heimila.Annað sólarfyrirtæki í Ohio, Toledo Solar, kom nýlega inn á markaðinn og framleiðir kadmíumtellúríðplötur fyrir húsþök.Og í júní, US Department of Energy og National Renewable Energy Laboratory, eða NREL,hleypt af stokkunum 20 milljóna dollara áætlunað flýta fyrir rannsóknum og auka aðfangakeðjuna fyrir kadmíumtellúríð.Eitt af markmiðum áætlunarinnar er að hjálpa til við að einangra sólarorkumarkaðinn í Bandaríkjunum frá hnattrænum framboðsþvingunum.
Vísindamenn hjá NREL og First Solar, áður kallað Solar Cell Inc., hafa unnið saman frá því snemma á tíunda áratugnum að þróunkadmíum tellúríð tækni.Kadmíum og tellúríð eru aukaafurðir bræðslu sinkgrýtis og hreinsunar kopars.Á meðan kísilþynnur eru tengdar saman til að búa til frumur, eru kadmíum og tellúríð sett sem þunnt lag - um það bil tíundi af þvermál mannshárs - á glerrúðu ásamt öðrum rafleiðandi efnum.First Solar, nú stærsti þunnfilmuframleiðandi heims, hefur útvegað spjöld fyrir sólaruppsetningar í 45 löndum.
Tæknin hefur ákveðna kosti fram yfir kristallaðan sílikon, sagði NREL vísindamaðurinn Lorelle Mansfield.Til dæmis krefst þunnfilmuferlið færri efni en sú sem byggir á oblátu.Þunnfilmutækni hentar einnig vel til notkunar í sveigjanlegum þiljum, eins og þeim sem hylja bakpoka eða dróna eða eru samþætt í framhlið og glugga húsa.Mikilvægt er að þunnfilmuplöturnar standa sig betur í heitu hitastigi, á meðan kísilplötur geta ofhitnað og orðið óhagkvæmari við að framleiða rafmagn, sagði hún.
En kristallaður sílikon hefur yfirhöndina á öðrum sviðum, svo sem meðalnýtni þeirra - sem þýðir hlutfall sólarljóss sem spjöld gleypa og breyta í rafmagn.Sögulega hafa kísilplötur haft meiri skilvirkni en kadmíumtellúríð tækni, þó bilið sé að minnka. Iðnaðarframleiddar kísilplötur í dag geta náð skilvirkni u.þ.b.18 til 22 prósent, en First Solar hefur tilkynnt að meðaltali skilvirkni 18 prósent fyrir nýjustu auglýsingaspjöldin sín.
Samt sem áður er aðalástæðan fyrir því að kísill hefur verið ráðandi á heimsmarkaði tiltölulega einföld.„Þetta kemur allt niður á kostnaðinum,“ sagði Goss.„Sólarmarkaðurinn hefur tilhneigingu til að vera mjög knúinn áfram af ódýrustu tækninni.
Kristallaður sílikon kostar um $0,24 til $0,25 til að framleiða hvert wött af sólarorku, sem er minna en aðrir keppinautar, sagði hún.First Solar sagðist ekki lengur tilkynna um kostnað á hvert vatt til að framleiða kadmíumtellúríðplötur sínar, aðeins að kostnaður hafi „lækkað verulega“ síðan 2015 - þegar fyrirtækiðtilkynntur kostnaður upp á $0,46 á watt— og halda áfram að lækka á hverju ári.Það eru nokkrar ástæður fyrir því að kísil er tiltölulega ódýrt.Hráefnið pólýkísil, sem einnig er notað í tölvur og snjallsíma, er víðar fáanlegt og ódýrara en birgðir af kadmíum og tellúríði.Eftir því sem verksmiðjur fyrir kísilplötur og tengda íhluti hafa stækkað hefur heildarkostnaður við framleiðslu og uppsetningu tækninnar lækkað.Kínversk stjórnvöld hafa einnig mikiðstyrkt og niðurgreittkísilsólargeiri landsins — svo mikiðum 80 prósentaf birgðakeðju sólarframleiðslu heimsins liggur nú í gegnum Kína.
Lækkandi kostnaður við pallborð hefur knúið áfram sólaruppsveifluna á heimsvísu.Á síðasta áratug hefur heildaruppsett sólarorkugeta heimsins nær tífaldast, úr um 74.000 megavöttum árið 2011 í næstum 714.000 megavött árið 2020,samkvæmtAlþjóða endurnýjanlegrar orkustofnunar.Bandaríkin eru um það bil sjöundi af heildarfjölda heimsins og sólin er núein stærsta heimildinaf nýrri raforkugetu sem er sett upp í Bandaríkjunum á hverju ári.
Á sama hátt er búist við að kostnaður á hvert vatt af kadmíumtellúríði og annarri þunnfilmutækni muni dragast saman eftir því sem framleiðslan stækkar.(First Solar segirað þegar nýja aðstöðu þess í Ohio opnar mun fyrirtækið skila lægsta kostnaði fyrir hvert wött á öllum sólarorkumarkaðinum.) En kostnaður er ekki eina mælikvarðinn sem skiptir máli, eins og núverandi birgðakeðjuvandamál iðnaðarins og áhyggjur af vinnuafli gera ljóst.
Mark Widmar, forstjóri First Solar, sagði að fyrirhuguð 680 milljón dollara stækkun fyrirtækisins væri hluti af stærra átaki til að byggja upp sjálfbæra aðfangakeðju og „aftengja“ bandaríska sólariðnaðinn frá Kína.Þrátt fyrir að kadmíumtellúríð spjöld noti ekki pólýkísil, hefur First Solar fundið fyrir öðrum áskorunum sem iðnaðurinn stendur frammi fyrir, eins og afföllum af völdum heimsfaraldurs í sjóflutningaiðnaðinum.Í apríl sagði First Solar fjárfestum að þrengsli í bandarískum höfnum stöðvaði sendingar á spjaldtölvum frá verksmiðjum þess í Asíu.Aukin framleiðsla í Bandaríkjunum mun gera fyrirtækinu kleift að nota vegi og járnbrautir til að senda spjöld sín, ekki flutningaskip, sagði Widmar.Og núverandi endurvinnsluáætlun fyrirtækisins fyrir sólarrafhlöður þess gerir því kleift að endurnýta efni margfalt, sem dregur enn frekar úr trausti þess á erlendar aðfangakeðjur og hráefni.
Þar sem First Solar setur út spjöld halda vísindamenn bæði hjá fyrirtækinu og NREL áfram að prófa og bæta kadmíumtellúríð tækni.Árið 2019, samstarfsaðilarþróað nýja nálgunsem felur í sér að „dópa“ þunnfilmuefnin með kopar og klór til að ná enn meiri skilvirkni.Fyrr í þessum mánuði, NRELtilkynnti úrslitinaf 25 ára vettvangsprófi í útiaðstöðu sinni í Golden, Colorado.12 spjaldið af kadmíumtellúríð spjöldum var starfrækt með 88 prósent af upprunalegri skilvirkni, sterkur árangur fyrir spjaldið sem hefur setið úti í meira en tvo áratugi.Niðurbrotið „er í samræmi við það sem sílikonkerfi gera,“ samkvæmt NREL útgáfunni.
Mansfield, NREL vísindamaðurinn, sagði að markmiðið væri ekki að skipta um kristallaðan sílikon fyrir kadmíumtellúríð eða koma á einni tækni sem betri en hinni."Ég held að það sé staður fyrir þá alla á markaðnum og þeir hafa hver sína umsókn," sagði hún.„Við viljum að öll orka fari til endurnýjanlegra orkugjafa, svo við þurfum virkilega á öllum þessum mismunandi tegundum tækni að halda til að takast á við þá áskorun.
Birtingartími: 17. september 2021