Lielākajai daļai saules paneļu, kas pārklāj pasaules jumtus, laukus un tuksnešus, mūsdienās ir viena un tā pati sastāvdaļa: kristāliskais silīcijs.Materiāls, kas izgatavots no neapstrādāta polisilīcija, tiek veidots vafelēs un savienots ar saules baterijām, ierīcēm, kas pārvērš saules gaismu elektrībā.Pēdējā laikā nozares atkarība no šīs unikālās tehnoloģijas ir kļuvusi par kaut kādu atbildību.Piegādes ķēdes vājās vietaspalēnināsjaunas saules enerģijas iekārtas visā pasaulē.Lielākie polisilīcija piegādātāji Ķīnas Sjiņdzjanas reģionā —apsūdzēts uiguru piespiedu darba izmantošanā— viņiem draud ASV tirdzniecības sankcijas.
Par laimi, kristāliskais silīcijs nav vienīgais materiāls, kas var palīdzēt izmantot saules enerģiju.Amerikas Savienotajās Valstīs zinātnieki un ražotāji strādā, lai paplašinātu kadmija telurīda saules enerģijas tehnoloģiju ražošanu.Kadmija telurīds ir "plānas plēves" saules baterijas veids, un, kā norāda nosaukums, tas ir daudz plānāks nekā tradicionālā silīcija baterija.Mūsdienās paneļi, kuros izmanto kadmija telurīdupiedāvā apmēram 40 procentusASV komunālo pakalpojumu tirgus un aptuveni 5 procentus no pasaules saules enerģijas tirgus.Un viņi gūs labumu no pretvēja, kas saskaras ar plašāku saules enerģijas nozari.
"Šis ir ļoti nestabils laiks, jo īpaši attiecībā uz kristāliskā silīcija piegādes ķēdi kopumā," sacīja Kelsija Gosa, enerģētikas konsultāciju grupas Wood Mackenzie saules izpētes analītiķe."Kadmija telurīda ražotājiem ir liels potenciāls nākamajā gadā ieņemt lielāku tirgus daļu."Īpaši viņa atzīmēja, ka kadmija telurīda sektors jau palielinās.
Jūnijā saules enerģijas ražotājs First Solar paziņoja, ka tā darīsieguldīt 680 miljonus dolārutrešajā kadmija telurīda saules enerģijas rūpnīcā Ohaio ziemeļrietumos.Kad objekts tiks pabeigts, 2025. gadā, uzņēmums šajā teritorijā varēs izgatavot saules paneļus 6 gigavatu vērtībā.Tas ir pietiekami, lai apgādātu aptuveni 1 miljonu amerikāņu māju.Cits Ohaio štatā bāzēts saules enerģijas uzņēmums Toledo Solar nesen ienāca tirgū un ražo kadmija telurīda paneļus dzīvojamo māju jumtiem.Un jūnijā ASV Enerģētikas departaments un tā Nacionālā atjaunojamās enerģijas laboratorija jeb NREL,gadā uzsāka 20 miljonu dolāru programmulai paātrinātu pētniecību un paplašinātu kadmija telurīda piegādes ķēdi.Viens no programmas mērķiem ir palīdzēt izolēt ASV saules enerģijas tirgu no globālajiem piegādes ierobežojumiem.
NREL un First Solar pētnieki, kas iepriekš tika saukti par Solar Cell Inc., ir strādājuši kopā kopš 90. gadu sākuma, lai izstrādātukadmija telurīda tehnoloģija.Kadmijs un telurīds ir attiecīgi cinka rūdu kausēšanas un vara attīrīšanas blakusprodukti.Kamēr silīcija vafeles ir savienotas kopā, lai izveidotu šūnas, kadmijs un telurīds tiek uzklāts kā plāns slānis — apmēram viena desmitā daļa no cilvēka mata diametra — kopā ar citiem elektrību vadošiem materiāliem.First Solar, kas tagad ir pasaulē lielākais plāno plēvju ražotājs, ir piegādājis paneļus saules enerģijas instalācijām 45 valstīs.
Tehnoloģijai ir noteiktas priekšrocības salīdzinājumā ar kristālisko silīciju, sacīja NREL zinātniece Lorelle Mansfīlda.Piemēram, plānās kārtiņas procesā ir nepieciešams mazāk materiālu nekā uz vafeles balstītai pieejai.Plānās plēves tehnoloģija ir arī labi piemērota izmantošanai elastīgos paneļos, piemēram, tajos, kas nosedz mugursomas vai dronus vai ir integrēti ēku fasādēs un logos.Svarīgi, ka plānās plēves paneļi labāk darbojas karstā temperatūrā, savukārt silīcija paneļi var pārkarst un kļūt mazāk efektīvi elektroenerģijas ražošanā, viņa teica.
Taču kristāliskajam silīcijam ir pārsvars citās jomās, piemēram, to vidējā efektivitāte, kas nozīmē saules gaismas procentuālo daudzumu, ko paneļi absorbē un pārvērš elektrībā.Vēsturiski silīcija paneļiem ir bijusi augstāka efektivitāte nekā kadmija telurīda tehnoloģijai, lai gan atšķirības samazinās. Mūsdienu rūpnieciski ražotie silīcija paneļi var sasniegt18 līdz 22 procenti, savukārt First Solar ir ziņojis par savu jaunāko komerciālo paneļu vidējo efektivitāti 18% apmērā.
Tomēr galvenais iemesls, kāpēc silīcijs ir dominējis pasaules tirgū, ir salīdzinoši vienkāršs."Tas viss ir atkarīgs no izmaksām," sacīja Goss."Saules tirgu parasti virza lētākās tehnoloģijas."
Viņa sacīja, ka kristāliskais silīcijs maksā aptuveni 0,24–0,25 USD, lai ražotu katru saules enerģijas vatu, kas ir mazāk nekā citiem pretendentiem.First Solar paziņoja, ka vairs neziņo par kadmija telurīda paneļu ražošanas izmaksām par vatu, tikai to, ka izmaksas ir “ievērojami samazinājušās” kopš 2015. gada, kad uzņēmumsziņoja, ka izmaksas ir USD 0,46 par vatu— un turpina samazināties katru gadu.Silīcija relatīvajam lētumam ir daži iemesli.Izejmateriāls polisilīcijs, ko izmanto arī datoros un viedtālruņos, ir plašāk pieejams un lētāks nekā kadmija un telurīda krājumi.Tā kā silīcija paneļu un saistīto komponentu rūpnīcas ir palielinājušās, kopējās tehnoloģijas izgatavošanas un uzstādīšanas izmaksas ir samazinājušās.Ķīnas valdība arī ir smagiatbalstīts un subsidētsvalsts silīcija saules enerģijas sektors — tik daudz, kaapmēram 80 procentino pasaules saules enerģijas ražošanas piegādes ķēdes tagad iet caur Ķīnu.
Paneļu izmaksu samazināšanās ir izraisījusi globālo saules enerģijas uzplaukumu.Pēdējās desmitgades laikā pasaules kopējā uzstādītā saules enerģijas jauda ir gandrīz desmitkārtīgi pieaugusi — no aptuveni 74 000 megavatu 2011. gadā līdz gandrīz 714 000 megavatu 2020. gadā.saskaņā arStarptautiskā atjaunojamās enerģijas aģentūra.Amerikas Savienotās Valstis veido aptuveni vienu septīto daļu no pasaules kopējā apjoma, un tagad ir saules enerģijaviens no lielākajiem avotiemkatru gadu ASV uzstādītās jaunas elektroenerģijas jaudas.
Paredzams, ka kadmija telurīda un citu plānās kārtiņas tehnoloģiju izmaksas uz vienu vatu saruks līdz ar ražošanas paplašināšanos.(First Solar sakaka, atverot savu jauno Ohaio iekārtu, uzņēmums nodrošinās viszemākās izmaksas par vatu visā saules enerģijas tirgū.) Taču izmaksas nav vienīgais svarīgais rādītājs, kā to skaidri parāda nozares pašreizējās piegādes ķēdes problēmas un darbaspēka problēmas.
Marks Vidmārs, First Solar izpilddirektors, sacīja, ka uzņēmuma plānotā paplašināšanās 680 miljonu ASV dolāru apmērā ir daļa no lielākiem centieniem izveidot pašpietiekamu piegādes ķēdi un "atsaistīt" ASV saules enerģijas nozari no Ķīnas.Lai gan kadmija telurīda paneļos netiek izmantots polisilīcijs, First Solar ir sajutusi citus izaicinājumus, ar kuriem saskaras nozare, piemēram, pandēmijas izraisītu kuģu kuģniecības nozares neizpildīto apjomu.Aprīlī First Solar investoriem paziņoja, ka sastrēgumi Amerikas ostās aizkavē paneļu sūtījumus no tā iekārtām Āzijā.ASV ražošanas apjoma palielināšana ļaus uzņēmumam savu paneļu nosūtīšanai izmantot ceļus un dzelzceļus, nevis kravas kuģus, sacīja Vidmārs.Un uzņēmuma esošā saules paneļu pārstrādes programma ļauj daudzkārt atkārtoti izmantot materiālus, vēl vairāk samazinot atkarību no ārvalstu piegādes ķēdēm un izejvielām.
Kamēr First Solar izlaiž paneļus, gan uzņēmuma, gan NREL zinātnieki turpina testēt un uzlabot kadmija telurīda tehnoloģiju.2019. gadā partneriizstrādāja jaunu pieejukas ietver plānās kārtiņas materiālu “dopingu” ar varu un hloru, lai panāktu vēl augstāku efektivitāti.Šī mēneša sākumā NRELpaziņoja rezultātus25 gadus ilgas lauka pārbaudes tās āra objektā Golden, Kolorādo.12 paneļu kadmija telurīda paneļu klāsts darbojās ar 88 procentiem no sākotnējās efektivitātes, kas ir spēcīgs rezultāts panelim, kas vairāk nekā divus gadu desmitus ir sēdējis ārpusē.Saskaņā ar NREL izlaidumu degradācija "atbilst tam, ko dara silīcija sistēmas".
NREL zinātnieks Mansfīlds sacīja, ka mērķis nav aizstāt kristālisko silīciju ar kadmija telurīdu vai noteikt, ka viena tehnoloģija ir pārāka par otru."Es domāju, ka tirgū viņiem visiem ir vieta, un katram ir savs pielietojums," viņa teica."Mēs vēlamies, lai visa enerģija tiktu izmantota atjaunojamiem avotiem, tāpēc mums patiešām ir vajadzīgas visas šīs dažādās tehnoloģijas, lai risinātu šo izaicinājumu."
Publicēšanas laiks: 17. septembris 2021