Den kinesiske solmaskine

For ti år siden blev solpaneler fremstillet for det meste i USA, Tyskland og Japan. Kinesiske producenter lavede næsten ingen. Men i 2006 havde det kinesiske firma Suntech Power kapacitet til at lave over en million siliciumbaserede solpaneler om året og var allerede verdens tredjestørste producent. I dag fremstiller kinesiske producenter omkring 50 millioner solpaneler om året - over halvdelen af ​​verdens forsyning i 2010 - og omfatter fire af verdens fem største producenter af solpaneler. Det, der gør dette særligt imponerende, er, at industrien andre steder er blevet fordoblet i størrelse hvert andet år, og kinesiske producenter har gjort det endnu bedre, idet de fordobler deres produktion omtrent hvert år.

Denne dominans skyldes ikke billig arbejdskraft på kinesiske fabrikker: Fremstilling af solceller kræver så dyrt udstyr og materialer, at arbejdskraft kun bidrager med en lille brøkdel af de samlede omkostninger. Det er heller ikke, fordi de kinesiske virksomheder har introduceret celler, der holder længere eller producerer mere strøm: De laver i det store og hele den samme type siliciumbaserede solpaneler som mange af deres konkurrenter rundt om i verden, ved hjælp af det samme udstyr. Det er lykkedes for en stor del, fordi det er hurtigere og billigere for dem at bygge fabrikker, takket være billige, effektive byggehold og Kinas strømlinede tilladelsesproces. De nye fabrikker har det nyeste og mest effektive udstyr, som hjælper med at reducere omkostningerne. Det samme gør de effektivitetsgevinster, der følger med størrelsen. Som et resultat har kinesiske producenter været i stand til at underbyde andre producenter af siliciumsolpaneler og bryde håbet hos mange opkomling i håb om at introducere ny teknologi.

Denne historie var en del af vores januar 2012-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Men solcellemarkedet er i hastig udvikling, og teknologiske innovationer bliver stadig vigtigere. Selvom efterspørgslen efter solenergi fortsætter med at vokse rundt om i verden, er markedet oversvømmet med solcellepaneler: verdensomspændende produktionskapacitet blev mere end fordoblet fra 2009 til 2010 og fortsatte med at stige i 2011. Overkapaciteten var så stor, at kinesiske producenter sidste efterår havde problemer sælger solpaneler til mere end det kostede at lave dem. På et sådant marked er måden at differentiere dit produkt på – og oplade nok til at holde sig oven vande – ved at gøre det bedre end dine konkurrenters.

For solcelleproducenter i dag betyder det at opfinde celler, der er mere effektive til at omdanne lys til elektricitet. Efterhånden som prisen på solpaneler er faldet, er installationsomkostningerne kommet til at stå for en større procentdel af solenergiens omkostninger. Kunder vil have paneler, der er mere kraftfulde, så de kan installere færre af dem. Fra nu af er den bedste måde for kinesiske producenter at sænke omkostningerne pr. watt solenergi måske ikke ved at sænke produktionsomkostningerne, men i stedet ved at øge antallet af watt, som hvert panel genererer. Spillet ændrer sig nu, siger Mark Pinto, executive vice president for energi- og miljøløsninger hos Applied Materials i Santa Clara, Californien, verdens største leverandør af solcelleproduktionsudstyr. Før handlede det om skala. Nu handler det om konverteringseffektivitet og samtidig holde omkostningerne nede.

Dette lyder måske som dårlige nyheder for kinesiske producenter, der har fokuseret på at opskalere standardteknologi. Men deres erfaring med at bygge konventionelle solpaneler kan hjælpe dem med at implementere nye designs, der markant øger ydeevnen af ​​siliciumsolceller. I årenes løb har disse producenter reduceret omkostningerne til dels ved at udvikle bedre måder at fremstille cellerne på. Det har givet dem en forståelse af, hvad der virker, og hvad der ikke gør på fabriksgulvet. De har også kapitalen og ingeniørerne til at hjælpe dem med at omsætte nyere teknologier til masseproduktion. De havde måske ikke oprindeligt sat sig for at kommercialisere disse teknologier, men nu, efter at have mestret markedet for konventionelle solpaneler, er de klar til at gøre netop det.

HOLDER TRIGTIDEN

I 2010, da den amerikanske energiminister, Steven Chu, holdt en tale til National Press Club, hvor han redegjorde for sin sag om, at USA var ved at sakke bagud i avanceret fremstilling, var Suntech Power hans udstilling A. Han havde turneret på fabrikken og han var imponeret over, hvad han havde set. Det er en højteknologisk, automatiseret fabrik, sagde han. Det lykkes ikke på grund af billig arbejdskraft. Ikke kun det, bemærkede han, men Suntech havde udviklet en type solcelle med verdensrekord effektivitet.

Langt fremme

Forstør diagrammet.

Chus vurdering kunne have overrasket nogle iagttagere, men Suntechs rekordsætter solceller er imponerende. Teknologien, der går ind i dem, udnytter ændringer i både design og fremstillingsteknik. De ledende metallinjer, der samler elektrisk ladning fra silicium, er ikke skabt med serigrafimetoder, som det er standard. I stedet bruger Suntech en proprietær proces til at afsætte meget tyndere, tættere linjer, der er mere effektive til at udvinde elektricitet fra cellerne. Ændringerne har gjort det muligt for virksomheden at nå effektivitetsniveauer og omkostningsreduktioner, som en brancheplan udgivet i 2011 havde sat som mål for 2020. Når man sætter alle de ting sammen, gør vi det ikke kun bedre, end hvad folk gør nu, siger Stuart Wenham, teknologichefen hos Suntech. Vi gør det også bedre, end de tror, ​​de kunne gøre om 10 år.

Indtil videre har Suntech lavet relativt få solpaneler baseret på den nye teknologi. I stedet har det fokuseret sine ressourcer på at finjustere fremstillingsprocesser for at reducere omkostningerne ved at fremstille konventionelle siliciumsolpaneler. Men det kan snart ændre sig. I år er Suntech begyndt at øge produktionen af ​​de nye celler, og nu kan de lave nok af dem årligt til at generere 500 megawatt strøm - omkring 2,5 millioner solpaneler. Den præstation skyldes i høj grad virksomhedens succes som producent af de konventionelle produkter.

Teknologien bag de nye celler blev udviklet i 1990'erne ved University of New South Wales, Australien, men de teknikker, der blev brugt i laboratoriet, var for dyre til kommerciel produktion. Det var en frygtelig sofistikeret proces inklusive fotolitografi, vakuumaflejring af ganske eksotiske metaller og alle mulige kemiske processer, siger Wenham, der også er leder af solcelleforskningsprogrammet ved UNSW og tidligere var professor i Suntechs administrerende direktør og grundlægger, Zhengrong Shi. . Ifølge Wenham forblev teknologien en laboratoriekuriositet i årtier, indtil Suntechs forskere fandt ud af, hvordan man tilpasser den til et samlebånd. De fandt på en enkel, billig måde at erstatte alt det på, samtidig med at de opnåede de samme resultater, siger han. Den nye teknologi kan øge udgangseffekten af ​​et solpanel i standardstørrelse fra 205 watt til 220 watt eller mere - og cellerne koster mindre at producere end konventionelle.

Enkelte dele af teknologien lykkedes hurtigt. Suntech introducerede disse i sine standardproduktionslinjer med henblik på at være lige foran sine konkurrenter med hensyn til omkostninger og effektivitet. Det var dog en udfordring at opskalere hele processen. En pilotproduktionslinje var oppe at køre i 2009, men virksomheden var nødt til at udvikle og implementere nyt udstyr for at få udbytte og produktionshastigheder til det punkt, at processen var økonomisk. Her viste Suntechs position som markedsleder med erfaring i at udvikle nyt produktionsudstyr sig kritisk. Ikke alene havde virksomheden den ekspertise, der skulle til for at forbedre processen; det havde også midlerne til at blive ved med at arbejde på teknologien i årevis uden at det indbragte betydelige indtægter.

Suntech er ikke den eneste kinesiske solcelleproducent til at identificere lovende ny teknologi og finde måder at producere den på i stor skala. Sidste september meddelte Yingli Green Energy med base i Baoding, at et partnerskab med et hollandsk forskningscenter, ECN, havde givet solpaneler, der kunne omdanne 17,6 procent af energien i sollys til elektricitet; gennemsnittet er godt 14 procent. ECN gjorde teknologien tilgængelig for alle i verden, der ønskede det, siger Wenham. Alligevel har det kun været Yingli, der har taget den teknologi og fundet ud af, hvordan man laver den i storstilet produktion til lave omkostninger.

MATERIALEFORDEL

Selv nu hvor kinesiske solcelleproducenter flytter fokus fra produktion til innovation, kan der være grænser for, hvad de kan gøre med deres valgte materiale, krystallinsk silicium. Dette materiale er attraktivt, fordi industrien ved, hvordan man arbejder med det, til dels takket være årtiers forskning i siliciummikrochips. Men sammenlignet med nogle andre halvledere er den elendig til at absorbere sollys. Nogle alternativer, som galliumarsenid, kan laves om til film af materiale, der kan generere lige så meget elektricitet som en typisk siliciumcelle, men som kun er en hundrededel så tyk, hvilket potentielt reducerer materialeomkostningerne. Sådanne tynde film kan også være fleksible: de kan rulles sammen, hvilket reducerer emballerings- og forsendelsesomkostninger, og de kan indbygges i tagshingles for at reducere installationsomkostningerne.

Alligevel har det på trods af deres potentielle fordele været svært for tyndfilmssolceller at konkurrere med de stadigt faldende omkostninger og forbedre effektiviteten af ​​krystallinske siliciumceller. Et firma, Arizona-baserede First Solar, har haft succes med at udvikle billige fremstillingsteknikker til tyndfilmssolpaneler, men disse metoder bruger et materiale - cadmiumtellurid - der resulterer i paneler mindre effektive end silicium. Andre virksomheder har forsøgt at konkurrere med silicium ved at bruge højere effektivitet tyndfilmspaneler af kobberindiumgalliumselenid. Nogle af dem har dog været nødt til at erklære sig konkurs og lukke deres fabrikker efter ikke at have sænket produktionsomkostningerne hurtigt nok.

På trods af disse kampe mener Wenham, at tyndfilmsteknologi i sidste ende vil udfordre konventionelle solpaneler. Hvis det er sandt, vil kinesiske producenter af krystallinske siliciumsolceller muligvis ikke dominere markedet for evigt. Men strategien med først at opskalere konventionel teknologi og derefter introducere innovative designs for at blive ved med at sænke omkostningerne pr. watt solenergi har bragt dem i en god position til at bevare deres forspring i årevis. I mellemtiden arbejder nogle, som Suntech, på at producere deres egne tyndfilmspaneler. Når tynde film erstatter krystallinsk silicium, kan det være kinesiske producenter, der fremstiller dem.

Kevin Bullis er Teknologigennemgang seniorredaktør for energi.

skjule