211service.com
Hvilken teknologi er den næste for solcelleindustrien?
Installationer af solpaneler fortsætter med at vokse hurtigt, men fremstillingsindustrien for solpaneler er i en svimmelhed, fordi udbuddet langt overstiger efterspørgslen (se Hvorfor vi har brug for flere solcellevirksomheder til at fejle). Det dårlige marked bremser måske innovationen, men fremskridtene fortsætter; at dømme efter stemningen i denne uge på IEEE Photovoltaics Specialists Conference i Tampa, Florida, forbliver folk i branchen optimistiske med hensyn til dens langsigtede udsigter.
Den teknologi, der overrasker næsten alle, er konventionelt krystallinsk silicium. For et par år siden kostede siliciumsolpaneler $4 per watt, og Martin Green, professor ved University of New South Wales og en af de førende siliciumsolpanelforskere, erklærede, at de aldrig ville gå under $1 per watt. Nu er det nede på noget i retning af 50 øre watt, og der er tale om at ramme 36 øre per watt, siger han.
Det amerikanske energiministerium har sat sig et mål om at nå op på mindre end $1 per watt – ikke kun for solpanelerne, men for komplette, installerede systemer – i 2020 (se Hvorfor solinstallationer koster mere i USA end i Tyskland). Green tror, at solindustrien vil ramme det mål endnu hurtigere end det. Hvis det er tilfældet, vil det bringe de direkte omkostninger til solenergi op på seks cents per kilowatt-time, hvilket er billigere end den gennemsnitlige forventede pris for strøm fra nye naturgaskraftværker. (De samlede omkostninger ved solenergi, som inkluderer omkostningerne for forsyningsselskaber for at kompensere for dens uregelmæssighed, ville være højere, men præcis hvor meget højere vil afhænge af, hvor meget solenergi der er på nettet og andre faktorer.)
Alle dele af siliciumsolpanelindustrien har ledt efter måder at reducere omkostningerne og forbedre solpanelernes effekt, og det har ført til konstante omkostningsreduktioner. Grøn peger på noget så banalt som de pastaer, der bruges til at screen-printe nogle af funktionerne på solpaneler. Greens laboratorium byggede en solcelle i 1990'erne, der satte en rekordeffektivitet for siliciumsolceller - en rekord, der står den dag i dag. For at opnå den rekord måtte han bruge dyre litografiske teknikker til at lave fine ledninger til opsamling af strøm fra solcellen. Men gradvise forbedringer har gjort det muligt at bruge serigrafi til at producere stadig finere linjer. Nyere forskning tyder på, at serigrafiteknikker kan producere linjer så tynde som 30 mikrometer - omkring bredden af de linjer, Green brugte til sine rekordsolceller, men til omkostninger langt lavere end hans litografiteknikker.
Green siger, at denne og andre teknikker vil gøre det billigt og praktisk at kopiere designet af hans rekordsolcelle på produktionslinjer. Nogle virksomheder har udviklet fremstillingsteknikker til de forreste metalkontakter. Det er sværere at implementere designet af de bagerste elektriske kontakter, men han forventer, at virksomhederne vil udrulle det næste gang.
I mellemtiden har forskere ved National Renewable Energy Laboratory lavet fleksible solceller på en ny type glas fra Corning kaldet Willow Glass, som er tynd og kan rulles sammen. Den type solcelle, de lavede, er den eneste nuværende udfordrer til silicium med hensyn til produktion i stor skala - tyndfilm cadmiumtellurid (se First Solar Shines as the Solar Industry Falters). Fleksible solceller kan sænke omkostningerne ved at installere solceller, hvilket gør solenergi billigere.
En af Greens tidligere studerende og kollegaer, Jianhua Zhao, medstifter af solpanelproducenten China Sunergy, annoncerede i denne uge, at han er ved at bygge en pilotproduktionslinje til en tosidet solcelle, der kan absorbere lys fra både forsiden og bagsiden. Den grundlæggende idé, som ikke er ny, er, at der i nogle dele af dagen falder sollys på jorden mellem rækker af solpaneler i et solcelleanlæg. Dette lys reflekteres på bagsiden af panelerne og kunne høstes for at øge udgangseffekten. Dette fungerer særligt godt, når solpanelerne er bygget på sand, som er meget reflekterende. Hvor et ensidet solpanel kan generere 340 watt, kan et tosidet generere op til 400 watt. Han forventer, at panelerne vil generere 10 til 20 procent mere strøm i løbet af et år.
Sådanne solpaneler kunne monteres lodret, som et hegn, så den ene side samler sollys om morgenen og den anden om eftermiddagen. Det ville gøre det muligt at installere solpanelerne på meget lidt jord - de kunne for eksempel fungere som støjskærme langs motorveje. Et sådant arrangement kunne også være værdifuldt i støvede områder. Mange dele af Mellemøsten kan synes at være gode steder for solcellepaneler, da de får meget sollys, men hyppige støvstorme reducerer strømudtaget. Lodrette paneler ville ikke akkumulere så meget støv, hvilket kunne hjælpe med at gøre sådanne systemer økonomiske.
Selv på længere sigt satser Green på silicium med det formål at drage fordel af de enorme reduktioner i omkostningerne, der allerede er set med teknologien. Han håber i høj grad at øge effektiviteten af siliciumsolpaneler ved at kombinere silicium med en eller to andre halvledere, der hver især er udvalgt til effektivt at konvertere en del af solspektret, som silicium ikke konverterer effektivt. Tilføjelse af en halvleder kan øge effektiviteten fra 20 til 25 procent til omkring 40 procent. Tilføjelse af en anden kunne gøre effektivitetsgevinster så høje som 50 procent mulige, hvilket ville reducere det halve antal solpaneler, der er nødvendige for en given installation. Udfordringen er at skabe gode forbindelser mellem disse halvledere, noget der bliver udfordrende af arrangementet af siliciumatomer i krystallinsk silicium.