211service.com
Vilken teknik är nästa för solenergiindustrin?
Installationer av solpaneler fortsätter att växa snabbt, men tillverkningsindustrin för solpaneler befinner sig i en dvala eftersom utbudet vida överstiger efterfrågan (se Varför vi behöver fler solcellsföretag som misslyckas). Den dåliga marknaden kan bromsa innovationen, men framstegen fortsätter; att döma av stämningen den här veckan på IEEE Photovoltaics Specialists Conference i Tampa, Florida, förblir människor i branschen optimistiska om dess långsiktiga utsikter.
Tekniken som förvånar nästan alla är konventionellt kristallint kisel. För några år sedan kostade kiselsolpaneler 4 dollar per watt, och Martin Green, professor vid University of New South Wales och en av de ledande forskarna i kiselsolpaneler, förklarade att de aldrig skulle gå under 1 dollar per watt. Nu är det nere på något i stil med 50 cent watt, och det talas om att slå 36 cent per watt, säger han.
Det amerikanska energidepartementet har satt som mål att nå mindre än 1 dollar per watt – inte bara för solpanelerna utan för kompletta, installerade system – till 2020 (se Varför solenergiinstallationer kostar mer i USA än i Tyskland). Green tror att solenergiindustrin kommer att nå det målet ännu tidigare än så. Om så är fallet skulle den direkta kostnaden för solkraft uppgå till sex cent per kilowattimme, vilket är billigare än den förväntade genomsnittliga kostnaden för kraft från nya naturgaskraftverk. (Den totala kostnaden för solenergi, som inkluderar kostnaden för kraftverk för att kompensera för dess intermittens, skulle vara högre, men exakt hur mycket högre kommer att bero på hur mycket solenergi som finns på nätet och andra faktorer.)
Alla delar av kiselsolpanelsindustrin har letat efter sätt att sänka kostnaderna och förbättra effekten av solpaneler, och det har lett till stadiga kostnadsminskningar. Grönt pekar på något så vardagligt som de pastor som används för att screentrycka några av funktionerna på solpaneler. Greens labb byggde en solcell på 1990-talet som satte rekordeffektivitet för kiselsolceller - ett rekord som står sig i dag. För att uppnå det rekordet var han tvungen att använda dyra litografitekniker för att göra fina ledningar för att samla ström från solcellen. Men gradvisa förbättringar har gjort det möjligt att använda screentryck för att producera allt finare linjer. Ny forskning tyder på att screentryckstekniker kan producera linjer så tunna som 30 mikrometer - ungefär bredden på de linjer som Green använde för sina rekordsolceller, men till kostnader som är mycket lägre än hans litografitekniker.
Green säger att denna och andra tekniker kommer att göra det billigt och praktiskt att replikera designen av hans rekordsolcell på produktionslinjer. Vissa företag har utvecklat tillverkningstekniker för de främre metallkontakterna. Att implementera designen av de bakre elektriska kontakterna är svårare, men han förväntar sig att företag kommer att rulla ut det härnäst.
Samtidigt har forskare vid National Renewable Energy Laboratory gjort flexibla solceller på en ny typ av glas från Corning som heter Willow Glass, som är tunt och kan rullas ihop. Den typ av solcell de tillverkade är den enda nuvarande utmanaren till kisel när det gäller storskalig produktion – tunnfilmskadmiumtellurid (se First Solar Shines as the Solar Industry Falters). Flexibla solceller kan sänka kostnaden för att installera solceller, vilket gör solenergi billigare.
En av Greens tidigare studenter och kollegor, Jianhua Zhao, medgrundare av solpanelstillverkaren China Sunergy, meddelade i veckan att han bygger en pilottillverkningslinje för en tvåsidig solcell som kan absorbera ljus från både fram- och baksidan. Grundidén, som inte är ny, är att under vissa delar av dagen faller solljus på marken mellan rader av solpaneler i ett solkraftverk. Det ljuset reflekteras på baksidan av panelerna och kan skördas för att öka uteffekten. Detta fungerar särskilt bra när solpanelerna är byggda på sand, som är mycket reflekterande. Där en ensidig solpanel kan generera 340 watt, kan en dubbelsidig generera upp till 400 watt. Han räknar med att panelerna kommer att generera 10 till 20 procent mer el under loppet av ett år.
Sådana solpaneler kan monteras vertikalt, som ett staket, så att den ena sidan samlar solljus på morgonen och den andra på eftermiddagen. Det skulle göra det möjligt att installera solpanelerna på väldigt lite mark – de kan till exempel fungera som bullerskärmar längs motorvägar. Ett sådant arrangemang skulle också kunna vara värdefullt i dammiga områden. Många delar av Mellanöstern kan tyckas vara bra platser för solpaneler, eftersom de får mycket solljus, men frekventa dammstormar minskar effektuttaget. Vertikala paneler skulle inte samla så mycket damm, vilket kan bidra till att göra sådana system ekonomiska.
Även på längre sikt satsar Green på kisel i syfte att dra fördel av de enorma kostnadsminskningar som redan setts med tekniken. Han hoppas kunna öka effektiviteten av kiselsolpaneler kraftigt genom att kombinera kisel med en eller två andra halvledare, var och en utvald för att effektivt omvandla en del av solspektrumet som kisel inte omvandlar effektivt. Att lägga till en halvledare kan öka effektiviteten från intervallet 20 till 25 procent till cirka 40 procent. Att lägga till ytterligare en kan göra effektivitetsvinster så höga som 50 procent genomförbara, vilket skulle minska hälften av antalet solpaneler som behövs för en given installation. Utmaningen är att få fram bra kopplingar mellan dessa halvledare, något som görs utmanande genom arrangemanget av kiselatomer i kristallint kisel.