211service.com
Tunnfilms tid i solen
Den låga tillverkningskostnaden för solceller som använder tunna filmer av kadmium-tellurid-halvledare har länge ansetts ha potentialen för att lyfta solenergi från sin nischstatus som en mycket dyr kraftkälla, som levererar mindre än en tjugondel av 1 procent av USA:s el.
Solar blitz: Kadmium-tellurid tunnfilmssolpaneler tillverkade av First Solar installeras på ett tak i Bamberg, Tyskland, av Blitzstrom, en tysk solsystemintegratör. Tunnfilmstekniken börjar konkurrera med traditionell kiselteknik, särskilt i länder som Tyskland, där de ekonomiska incitamenten är starka.
Nu, efter två decennier där kadmium-tellurid-tekniken följs av låg effekt och tillförlitlighetsproblem, kröker den sig plötsligt in på marknaderna för förnybar energi och konkurrerar med dagens dominerande solcellsteknik: kiselsolpaneler. Företaget bakom denna teknikomvandling är Phoenix-baserat Första Solar , som säger att tekniken så småningom skulle kunna bli kostnadskonkurrenskraftig med konventionella fossila bränslekällor för el.
First Solar har samlat på sig en rad stora kontrakt och investeringar under det senaste året för sin tunnfilmsteknologi. First Solar stängde en börsnotering på 400 miljoner dollar i november och slöt en affär tre månader senare för att leverera en 40 megawatts solpanelsgård i Tyskland som kommer att bli en av världens största. Och tidigare denna månad avslöjade företaget att det har tecknat långtidskontrakt med europeiska och kanadensiska köpare för att leverera 685 megawatt moduler värda 1,28 miljarder dollar. Den senare siffran är särskilt imponerande med tanke på att alla solcellsmodulfabriker i USA levererade mindre än 200 megawatts solceller förra året.
Ken Zweibel, som ledde U.S. National Renewable Energy Laboratory (NREL) Tunnfilmspartnerskapsprogram i mer än ett decennium, säger att First Solar har brutit sig ur packningen genom att samtidigt uppnå lågkostnads massproduktion och respektabel effekt. Zweibel, som lämnade NREL i januari för att starta sitt eget tunnfilmsföretag med liknande teknik, förväntar sig fler förbättringar på båda fronterna. Kadmiumtellurid har en tydlig väg till kostnadskonkurrenskraft med konventionell energi, säger han.
Multimedia
Se bilder av tunnfilmssolpaneler.
Tunnfilmspaneler tillverkas genom att skikta ytliga beläggningar av halvledarmaterial på skivor av glas, plast eller metall – ett till synes enkelt koncept som är svårt att implementera i stor skala. Kadmium-telluridpaneler verkade i synnerhet färdiga för fem år sedan när BP Solar , en arm av det London-baserade oljebolaget, stängde ner vad som hade varit den största kommersialiseringen av kadmium-tellurid.
BP Solar hade öppnat en kadmium-telluridmodulfabrik 1998 utformad för att producera åtta megawatt moduler per år, men den översteg aldrig en megawatt. Att skapa filmer med höga specifikationer visade sig vara svårare än väntat. Och företaget var bekymrat över produktens image, med tanke på användningen av den giftiga tungmetallen kadmium. Och BP snubblade på marknaden när effektiviteten med vilken dess första kommersiella kadmium-telluridmoduler absorberade solenergi sjönk från 8 procent effektivitet till 6 procent efter bara några veckor på hustak.
First Solar, grundat 1999 från en föregångare som heter Solar Cells och med en infusion på 250 miljoner dollar från Walmart-grundaren John Walton, fortsatte att finjustera sin tillverkningsprocess. Företaget åtgärdade farhågor om kadmiums toxicitet genom att skapa ett återvinningsprogram som garanterat tar tillbaka paneler vid slutet av deras livslängd. Företagstjänstemän skulle inte kommentera i förväg om ett resultatuttalande. Men företagsdokument säger att det successivt ökade produktionen vid sin första fabrik i Perrysburg, OH, från några hundra kilowatt moduler per år under de första åren till 75 megawatt förra året. First Solar producerar nu paneler för mer än 100 megawatt per år, tack vare en ny fabrik i Tyskland.
First Solar säger att det förvandlar två gånger fyra fots glasplattor till färdiga att leverera moduler på 2,5 timmar, med en effekteffektivitet på över 9 procent, upp från cirka 7 procent 2004. Den kombinationen, hävdar First Solar, har minskat kostnaden per watt från $2,94 2004 till $1,29 idag – en period då den växande efterfrågan på högkvalitativt kisel ökade kostnaden för att producera kiselpaneler till mellan $2,50 och $3,00 per watt, eller mer.
Tyska utvecklare av förnybar energi som t.ex Juwi Solar , Gehrlicher grupp , och Blixtström började använda First Solar-moduler i stora takinstallationer och fältbaserade solcellsparker 2005. I februari valde Juwi Solar First Solars moduler för sin 40 megawatts solpark i Sachsen; När parken står färdig 2009 kommer parkens 550 000 First Solar-moduler att täcka ett område som motsvarar 160 fotbollsplaner.
Vid Solar 2007-konferensen i Cleveland tidigare denna månad sa First Solar COO Chip Hambro att företaget räknar med att sänka priset de tar ut för moduler (i motsats till dess tillverkningskostnad) från mer än $2 per watt idag till $1,25 per watt eller mindre inom fem år. Företaget skulle göra detta till stor del genom att ytterligare öka modulernas effekt.
Zweibels start, PrimeStar Solar , baserat i Golden, CO, satsar också på högre effektivitet. PrimeStar strävar efter att kommersialisera en mer sofistikerad moduldesign utvecklad vid NREL, som håller effektivitetsrekordet för laboratorietillverkade celler på 16,5 procent (jämfört med 14,5 procent för First Solars bästa labbceller). Zweibel säger att kadmiumtelluridteknologi erbjuder en tydlig fysisk väg för att sänka kostnaden för solenergi från 15 till 30 cent per kilowattimme idag till 5 cent per kilowattimme – precis över den genomsnittliga kostnaden för koleldad kraft i USA.
Men First Solars ursprungliga anläggning i Ohio är nu till stor del avskriven, vilket betyder förlusten av en ekonomisk fördel. Eftersom First Solar producerar mer från sin nya modulfabrik i Tyskland och en tredje fabrik som är på gång i Malaysia, kan företaget ha mer arbete att göra för att hålla sitt löfte att sänka priset för en watt modul till mindre än $1,25.