Стоимость снижения тонкопленочной технологии солнечных фотоэлектрических может быть переживает возрождение, благодаря последним инновациям эффективность за счет США производитель First Solar. Фото предоставлено First Solar, Inc.

Внутри разрастающегося одноэтажного офисного здания в Бедфорде, штат Массачусетс, в секретной комнате, известной как Зал роста, будущее солнечной энергии готовит больше, чем 2,500 ° F. За закрытыми дверями и опрокинутыми жалюзи, изготовленные по индивидуальному заказу печи с такими амбициозными именами, как «Бесстрашный» и «Бесстрашный», помогают совершенствовать новую технику изготовления кремниевых пластин, рабочей лошади современных солнечных панелей. Если все будет хорошо, новый метод может снизить стоимость солнечной энергии более чем на 20 процентов в ближайшие несколько лет.

«Эта скромная пластина позволит солнечной энергии быть дешевой, как уголь, и решительно изменит способ потребления энергии», - говорит Франк ван Мьерло, генеральный директор Технологии 1366, компания за новым методом изготовления пластин.

Секретные комнаты или нет, это захватывающие времена в мире возобновляемых источников энергии. Благодаря технологическим достижениям и наращиванию производства в течение десятилетия, паритет сетки - точка, в которой источники возобновляемой энергии, такие как солнечная энергия и ветер, те же, что и электроэнергия, получаемая от сжигания ископаемого топлива, быстро приближаются. В некоторых случаях это уже достигнуто, и дополнительные инновации, ожидающие в крыльях, имеют огромные перспективы для снижения затрат на вождение, что открывает совершенно новую эру для возобновляемых источников энергии.

Солнечный сюрприз

В январе компания 2015, Саудовская Аравия АКВА Мощность удивил отраслевых аналитиков, когда он выиграл тендер на строительство солнечной электростанции 200-megawatt в Дубае, которая сможет производить электроэнергию для 6 центов за киловатт-час, Цена была меньше, чем стоимость электроэнергии с природного газа или угольных электростанций, первая для солнечной установки. Согласно данным Агентства по энергетической информации США, электричество из новых газовых и угольных электростанций будет стоить приблизительно 6.4 центов и 9.6 центов за киловатт-час, соответственно.

Технологический прогресс, в том числе фотоэлементов, который может конвертировать более высокий процент солнечного света в энергию, сделали солнечные батареи более эффективными. В то же время экономии масштаба уже привело к снижению стоимости.

На протяжении большей части ранних 2000s, цена панели солнечных батарей или модуля колебались около $ 4 за ватт. В то время Мартин Грин, один из ведущих мировых исследователей фотогальванических, рассчитали стоимость каждого компонента, в том числе поликристаллических кремниевых слитков которые используются при изготовлении кремниевых пластин, защитное стекло на внешней стороне модуля, и серебро используется в проводке модуля , Зеленый лихо заявил, что до тех пор, пока мы будем полагаться на кристаллического кремния для солнечной энергетики, цена, скорее всего, не упадет ниже $ 1 / ватт.

«Здесь есть десятая часть процента от эффективности и сокращения затрат, которые добавили, чтобы сделать солнечную конкуренцию очень конкурентоспособной». Марк Барино. Будущее, Грин и почти все остальные в области, как полагают, были с тонкими пленками, солнечными модулями которые полагались на материалы, отличные от кремния, которые требовали долю сырья.

Затем, начиная с 2007 до 2014, цена модулей кристаллического кремния упал с $ 4 на ватт до $ 0.50 на ватт, но заканчивая развитие тонких фильмов.

Резкое снижение стоимости было вызвано широким увеличением прироста, говорит Марк Барино, солнечный аналитик, Lux Research, Эти факторы включают новый, процесс недорогой для изготовления поликристаллического кремния; тонкие пластины кремния; тонкие провода на передней стороне модуля, которые блокируют меньше солнечного света и использовать меньше серебра; менее дорогие пластмассы, а не из стекла; и большей автоматизации в производстве.

«Здесь есть десятая часть процента эффективности и сокращения затрат, которые добавили, чтобы сделать солнечную конкуренцию очень конкурентоспособной», - говорит Барино.

25 Cents Per Watt

«Достижение ниже $ 1 [на ватт] превзошло мои ожидания», - говорит Грин. «Но теперь, я думаю, это может стать еще ниже».

Вероятным кандидатом для его получения является новый метод изготовления пластин 1366. Кремниевые пластины за сегодняшними солнечными панелями вырезаются из больших слитков поликристаллического кремния. Процесс чрезвычайно неэффективен, превращая половину первоначального слитка в опилки. 1366 использует другой подход, расплавляя кремний в специально построенных печах и перерабатывая его в тонкие пластины менее чем за половину стоимости на пластину или на 20 процентное снижение общей стоимости модуля кристаллического кремния. 1366 надеется начать массовое производство в 2016, по словам ван Мирло.

В то же время, тонкие пленки, как считалось, будущее солнечной энергии, а затем раздавлен низким ценам кристаллического кремния, может испытать ренессанс. Недавний рекордную низкая стоимость покупки для солнечной энергетики в Дубае жгуты тонкопленочных теллурида кадмия солнечных модулей, сделанных в США производителя First Solar, Компания не только зависала, как подавляющее большинство компаний тонкой пленки складывалась, но последовательно выпускала некоторые из наименее дорогих модулей, увеличивая эффективность своих солнечных элементов при увеличении производства. В настоящее время компания заявляет, что может производить солнечные модули для меньше 40 центов на ватт и ожидает дальнейшего снижения цен в ближайшие годы.

Через десять лет мы можем легко увидеть, что стоимость солнечных модулей падает до 25 центов на ватт или примерно половину их текущих затрат, говорит Грин. Чтобы снизить затраты, выходящие за рамки этого, эффективность преобразования солнечного света в электричество будет существенно возрастать. Чтобы добраться туда, другие полупроводниковые материалы должны быть уложены поверх существующих солнечных элементов, чтобы преобразовать более широкий спектр солнечного света в электричество.

"Если вы можете сложить что-то поверх кремниевой пластины она будет в значительной степени непобедимы," говорит Грин.

Green и коллеги установили рекорд для эффективности солнечного модуля кристаллического кремния в 22.9 процентах в 1996, который до сих пор сохраняется. Грин сомневается, что эффективность только одного кристаллического кремния будет когда-либо повышаться. Однако, с укладкой ячеек, он говорит, что «небо - это предел».

Дело размера

В то время как солнечная энергия только начинает достигать паритета сетки, энергия ветра уже есть. В 2014, средняя цена по всему миру берегового энергии ветра была такой же, как электричество из природного газа, согласно Bloomberg New Energy Finance.

Как и в случае с солнечной энергией, кредит идет на технологические достижения и увеличение объема. Однако для ветра инновация в основном была вопросом размера. От 1981 до 2015 средняя длина лопатки ротора ветровой турбины увеличилось более чем в шесть раз, от 9 до 60 метров, так как стоимость энергии ветра упал в 10.

«Увеличение размера ротора означает, что вы захватываете больше энергии, и это единственный импортный драйвер для снижения стоимости энергии ветра», - говорит Д. Тодд Гриффит из Sandia National Laboratories в Альбукерке, штат Нью-Мексико.

Гриффит в последнее время курировал строительство и тестирование нескольких 100-метровых лопастей прототипа на Sandia. Когда проект был начат в 2009, самые большие лезвия в коммерческую эксплуатацию были длинные 60 метров. Гриффит и его коллеги хотели, чтобы увидеть, как далеко они могут подтолкнуть тенденцию постоянно растущих лезвий, прежде чем они побежали в конструкцию и материалы ограничений.

"Я ожидаю, чтобы увидеть лезвия метр 100 и за его пределами». - Д. Тодд GriffithTheir первый прототип был лезвие все из стекловолокна, которые использовали аналогичные конструкции и материалы, как те, что в относительно небольших коммерческих лопастей в то время. В результате был непомерно тяжелый 126-тонный лезвие, которое было настолько тонким и долго он был подвержен вибрации при сильном ветре и гравитационной деформации.

Группа сделала два последующих прототипа, в которых использовалось более прочное, более легкое углеродное волокно и форма лезвия, которые были плоскими, вместо острых. Полученный 100-метр был на 60 процентов легче, чем их первоначальный прототип

Поскольку проект начался в 2009, крупнейшие лопасти, используемые в коммерческих оффшорных ветровых турбинах, выросли с 60 до примерно 80 метров с более крупными коммерческими прототипами, которые сейчас разрабатываются. «Я полностью ожидаю увидеть ножи 100 и другие», - говорит Гриффит.

Поскольку лопасти становятся длиннее, башни, которые поднимают их становятся все выше, чтобы поймать более последовательной, более высокой скорости ветра. И, как башни растут выше, транспортные расходы становятся все более дорогими. Чтобы противостоять увеличение расходов GE недавно дебютировал «космическая рама», башня из стальной решетки, обернутая в ткань. Новые башни используют примерно на 30 процентов меньше стали, чем обычные трубные башни одинаковой высоты, и могут поставляться полностью в стандартных контейнерах для транспортировки на месте сборки. Недавно компания получила грант в размере $ 3.7 миллионов от Министерства энергетики США, чтобы разработать аналогичные blade-серверы.

Оффшорные инновации

Однако, как и солнечные панели из кристаллического кремния, существующие ветровые технологии в конечном итоге столкнутся с материальными ограничениями. Еще одно новшество на горизонте для ветра связано вместо этого с местоположением. Ветряные электростанции перемещаются в море в поисках больших ветровых ресурсов и меньшего количества конфликтов землепользования. Чем дальше от берега они уходят, тем глубже вода, что делает нынешний способ крепления турбин к морскому дну непомерно дорогим. Если отрасль перейдет на плавающие опорные конструкции, то сегодня конструкция ветряных турбин с очень тяжелым верхом, вероятно, окажется слишком громоздкой.

Одним из возможных решений является турбина с вертикальной осью, где вал главного ротора устанавливается вертикально, как весёлый круг, а не горизонтально, как обычная ветряная турбина. Генератор для такой турбины может быть размещен на уровне моря, что дает устройству гораздо более низкий центр тяжести.

«Существует очень хороший шанс, что какая-то другая технология турбины, очень хорошая вертикальная ось, будет наиболее эффективной с точки зрения затрат в глубокой воде», - говорит Гриффит.

За прошедшее десятилетие появились замечательные инновации в области солнечной и ветровой техники, что привело к повышению эффективности и стоимости, которые в некоторых случаях превзошли самые оптимистичные ожидания. То, что принесет следующее десятилетие, остается неясным, но если история - это какое-то руководство, будущее возобновляемых источников энергии выглядит чрезвычайно позитивным.

Эта статья первоначально появилась на Ensia

Об авторе

Фил МакКенна - независимый писатель, заинтересованный в сближении увлекательных людей и интригующих идей. Он в первую очередь пишет об энергии и окружающей среде, уделяя особое внимание людям, стоящим за новостями. Его работа появляется в Ассоциация Нью-Йорк Таймс, Смитсоновский, проводная, Audubon, New Scientist, Technology Review, MATTER и NOVA, где он является редактором.

Связанная книга

at

Спасибо за визит InnerSelf.comгде есть 20,000+ изменяющие жизнь статьи, пропагандирующие «Новые взгляды и новые возможности». Все статьи переведены на 30 + языки. Подписаться в журнал InnerSelf Magazine, публикуемый еженедельно, и в журнал Marie T Russell's Daily Inspiration. InnerSelf Magazine издается с 1985 года.