Повечето слънчеви панели, покриващи покриви, полета и пустини по света днес, имат една и съща съставка: кристален силиций.Материалът, направен от суров полисилиций, се оформя във вафли и се свързва в слънчеви клетки, устройства, които преобразуват слънчевата светлина в електричество.Напоследък зависимостта на индустрията от тази уникална технология се превърна в нещо като пасив.Тесни места във веригата за доставкисе забавятнови соларни инсталации по целия свят.Основни доставчици на полисилиций в китайския регион Синдзян —обвинени в използване на принудителен труд от уйгури— са изправени пред търговски санкции на САЩ.
За щастие, кристалният силиций не е единственият материал, който може да помогне за овладяването на слънчевата енергия.В Съединените щати учени и производители работят за разширяване на производството на соларна технология от кадмиев телурид.Кадмиевият телурид е вид „тънкослойна“ слънчева клетка и, както подсказва името, тя е много по-тънка от традиционната силициева клетка.Днес панелите използват кадмиев телуриддоставят около 40 процентаот пазара на комунални услуги в САЩ и около 5 процента от глобалния слънчев пазар.И те могат да се възползват от насрещния вятър, пред който е изправена по-широката соларна индустрия.
„Времето е много нестабилно, особено за веригата за доставки на кристален силиций като цяло“, каза Келси Гос, анализатор на соларните изследвания в енергийната консултантска група Wood Mackenzie.„Има голям потенциал производителите на кадмиев телурид да заемат по-голям пазарен дял през следващата година.“Особено, отбеляза тя, тъй като секторът на кадмиевия телурид вече се разраства.
През юни производителят на слънчева енергия First Solar заяви, че ще го направиинвестира 680 милиона доларав трета соларна фабрика за кадмиев телурид в северозападно Охайо.Когато съоръжението бъде завършено през 2025 г., компанията ще може да произвежда слънчеви панели с мощност 6 гигавата в района.Това е достатъчно за захранване на около 1 милион американски домове.Друга соларна фирма, базирана в Охайо, Toledo Solar, наскоро навлезе на пазара и произвежда панели от кадмиев телурид за жилищни покриви.А през юни Министерството на енергетиката на САЩ и неговата Национална лаборатория за възобновяема енергия, или NREL,стартира програма за 20 милиона долараза ускоряване на изследванията и разширяване на веригата за доставки на кадмиев телурид.Една от целите на програмата е да помогне за изолирането на соларния пазар в САЩ от глобалните ограничения на доставките.
Изследователи от NREL и First Solar, по-рано наричани Solar Cell Inc., работят заедно от началото на 90-те години, за да разработяттехнология на кадмиев телурид.Кадмият и телуридът са странични продукти съответно от топенето на цинкови руди и рафинирането на мед.Докато силициевите пластини са свързани заедно, за да направят клетки, кадмият и телуридът се нанасят като тънък слой - около една десета от диаметъра на човешки косъм - върху стъкло, заедно с други електропроводими материали.First Solar, сега най-големият производител на тънък филм в света, е доставил панели за соларни инсталации в 45 страни.
Технологията има определени предимства пред кристалния силиций, каза ученият от NREL Лорел Мансфийлд.Например, процесът на тънък слой изисква по-малко материали от подхода, базиран на пластини.Технологията с тънък филм също е много подходяща за използване в гъвкави панели, като такива, които покриват раници или дронове или са интегрирани във фасади и прозорци на сгради.Важно е, че тънкослойните панели се представят по-добре при високи температури, докато силиконовите панели могат да прегреят и да станат по-малко ефективни при генерирането на електричество, каза тя.
Но кристалният силиций има надмощие в други области, като средната им ефективност - което означава процентът на слънчевата светлина, който панелите абсорбират и преобразуват в електричество.В исторически план силиконовите панели са имали по-висока ефективност от технологията с кадмиев телурид, въпреки че разликата намалява. Днешните промишлено произведени силициеви панели могат да постигнат ефективност на18 до 22 процента, докато First Solar отчете средна ефективност от 18 процента за най-новите си търговски панели.
И все пак основната причина силицият да доминира на световния пазар е сравнително проста.„Всичко се свежда до цената“, каза Гос.„Пазарът на слънчева енергия обикновено се ръководи от най-евтината технология.“
Кристалният силиций струва около 0,24 до 0,25 долара за производство на всеки ват слънчева енергия, което е по-малко от другите претенденти, каза тя.First Solar каза, че вече не отчита цената на ват за производството на своите панели от кадмиев телурид, само че разходите са „намалели значително“ от 2015 г. насам – когато компаниятаотчетени разходи от $0,46 на ват— и продължават да намаляват всяка година.Има няколко причини за относителната евтиност на силиция.Суровината полисилиций, която също се използва в компютри и смартфони, е по-разпространена и евтина от доставките на кадмий и телурид.Тъй като фабриките за силициеви панели и свързаните с тях компоненти се увеличиха, общите разходи за производство и инсталиране на технологията намаляха.Китайското правителство също има многоподпомагани и субсидиранисилициевият слънчев сектор на страната - толкова много, чеоколо 80 процентаот световната верига за доставки на соларно производство сега минава през Китай.
Намаляването на цените на панелите доведе до глобалния соларен бум.През последното десетилетие общият инсталиран слънчев капацитет в света се е увеличил почти десетократно, от около 74 000 мегавата през 2011 г. до близо 714 000 мегавата през 2020 г.СпоредМеждународната агенция за възобновяема енергия.Съединените щати представляват около една седма от общия брой на света, а слънчевата енергия е сегаедин от най-големите източницинов електрически капацитет, инсталиран в САЩ всяка година.
Цената на ват кадмиев телурид и други тънкослойни технологии също се очаква да се свие с разширяването на производството.(First Solar казваче когато отвори новото си съоръжение в Охайо, компанията ще осигури най-ниската цена на ват на целия соларен пазар.) Но цената не е единственият показател, който има значение, както става ясно от настоящите проблеми на веригата за доставки в индустрията и опасенията за труда.
Марк Уидмар, главен изпълнителен директор на First Solar, каза, че планираното разширяване на компанията за 680 милиона долара е част от по-големи усилия за изграждане на самодостатъчна верига за доставки и „отделяне“ на американската соларна индустрия от Китай.Въпреки че панелите от кадмиев телурид не използват никакъв полисилиций, First Solar усети други предизвикателства пред индустрията, като предизвикани от пандемия натрупвания в индустрията за морско корабоплаване.През април First Solar съобщи на инвеститорите, че задръстванията в американските пристанища спират доставките на панели от нейните съоръжения в Азия.Увеличаването на производството в САЩ ще позволи на компанията да използва пътища и железопътни линии за превоз на своите панели, а не товарни кораби, каза Видмар.А съществуващата програма за рециклиране на слънчевите панели на компанията й позволява да използва повторно материалите многократно, като допълнително намалява зависимостта си от чуждестранни вериги за доставки и суровини.
Докато First Solar произвежда панели, учени от компанията и NREL продължават да тестват и подобряват технологията на кадмиев телурид.През 2019 г. партньоритеразработи нов подходкоето включва „допиране“ на тънкослойните материали с мед и хлор за постигане на още по-висока ефективност.По-рано този месец NRELобяви резултатитеот 25-годишен полеви тест в неговото открито съоръжение в Голдън, Колорадо.12-панелен масив от панели от кадмиев телурид работеше с 88 процента от първоначалната си ефективност, силен резултат за панел, който е стоял навън повече от две десетилетия.Влошаването „е в съответствие с това, което правят силиконовите системи“, според съобщението на NREL.
Мансфийлд, учен от NREL, каза, че целта не е да се замени кристалният силиций с кадмиев телурид или да се установи една технология като по-добра от другата.„Мисля, че има място за всички тях на пазара и всеки има своите приложения“, каза тя.„Искаме цялата енергия да отива към възобновяеми източници, така че наистина се нуждаем от всички тези различни видове технологии, за да посрещнем това предизвикателство.“
Време на публикуване: 17 септември 2021 г