De fleste solpaneler, der dækker verdens tage, marker og ørkener deler i dag den samme ingrediens: krystallinsk silicium.Materialet, der er lavet af rå polysilicium, formes til wafers og forbindes til solceller, enheder, der omdanner sollys til elektricitet.For nylig er industriens afhængighed af denne enestående teknologi blevet noget af et ansvar.Flaskehalse i forsyningskædensænker fartennye solcelleanlæg verden over.Større polysiliciumleverandører i Kinas Xinjiang-region —anklaget for at bruge tvangsarbejde fra uigurer- står over for amerikanske handelssanktioner.
Heldigvis er krystallinsk silicium ikke det eneste materiale, der kan hjælpe med at udnytte solens energi.I USA arbejder videnskabsmænd og producenter på at udvide produktionen af cadmiumtellurid-solteknologi.Cadmiumtellurid er en type "tyndfilm" solcelle, og som navnet antyder, er den meget tyndere end en traditionel siliciumcelle.I dag, paneler, der bruger cadmium telluridlevere omkring 40 pctaf det amerikanske marked i forsyningsskala og omkring 5 procent af det globale solcellemarked.Og de vil drage fordel af den modvind, som den bredere solcelleindustri står over for.
"Det er en meget omskiftelig tid, især for den krystallinske siliciumforsyningskæde generelt," sagde Kelsey Goss, en solforskningsanalytiker for energikonsulentgruppen Wood Mackenzie."Der er et stort potentiale for producenter af cadmiumtellurid til at tage flere markedsandele i det kommende år."Især, bemærkede hun, da cadmiumtelluridsektoren allerede er ved at opskalere.
I juni sagde solcelleproducenten First Solar, at det villeinvestere 680 millioner dollarsi en tredje cadmium telluride solcellefabrik i det nordvestlige Ohio.Når anlægget står færdigt, i 2025, vil virksomheden være i stand til at lave 6 gigawatts solpaneler i området.Det er nok til at drive omkring 1 million amerikanske hjem.Et andet Ohio-baseret solcellefirma, Toledo Solar, er for nylig kommet på markedet og laver cadmiumtelluridpaneler til hustage.Og i juni, US Department of Energy og dets National Renewable Energy Laboratory, eller NREL,lancerede et program på 20 millioner dollarsat accelerere forskningen og udvide forsyningskæden for cadmiumtellurid.Et af målene med programmet er at hjælpe med at isolere det amerikanske solcellemarked fra globale forsyningsbegrænsninger.
Forskere ved NREL og First Solar, tidligere kaldet Solar Cell Inc., har arbejdet sammen siden begyndelsen af 1990'erne for at udviklecadmium tellurid teknologi.Cadmium og tellurid er biprodukter af henholdsvis smeltning af zinkmalme og raffinering af kobber.Mens siliciumwafers er forbundet til celler, påføres cadmium og tellurid som et tyndt lag - omkring en tiendedel af diameteren af et menneskehår - på en glasrude sammen med andre elektricitetsledende materialer.First Solar, der nu er verdens største tyndfilmsproducent, har leveret paneler til solcelleanlæg i 45 lande.
Teknologien har visse fordele i forhold til krystallinsk silicium, sagde NREL-forsker Lorelle Mansfield.For eksempel kræver tyndfilmprocessen færre materialer end den wafer-baserede tilgang.Tyndfilmsteknologi er også velegnet til brug i fleksible paneler, som dem der dækker rygsække eller droner eller er integreret i bygningsfacader og vinduer.Det er vigtigt, at tyndfilmspanelerne klarer sig bedre i varme temperaturer, mens siliciumpaneler kan overophedes og blive mindre effektive til at generere elektricitet, sagde hun.
Men krystallinsk silicium har overtaget på andre områder, såsom deres gennemsnitlige effektivitet - hvilket betyder procentdelen af sollys, som paneler absorberer og konverterer til elektricitet.Historisk set har siliciumpaneler haft højere effektivitet end cadmiumtelluridteknologi, selvom kløften er ved at blive mindre. Dagens industrielt producerede siliciumpaneler kan opnå effektivitetsgevinster på18 til 22 procent, mens First Solar har rapporteret en gennemsnitlig effektivitet på 18 procent for sine nyeste kommercielle paneler.
Alligevel er hovedårsagen til, at silicium har domineret det globale marked, relativt simpel."Det hele kommer ned til omkostningerne," sagde Goss."Solmarkedet har en tendens til at være stærkt drevet af den billigste teknologi."
Krystallinsk silicium koster omkring $0,24 til $0,25 for at producere hver watt solenergi, hvilket er mindre end andre konkurrenter, sagde hun.First Solar sagde, at det ikke længere rapporterer omkostningerne per watt for at producere sine cadmiumtelluridpaneler, kun at omkostningerne er "faldet betydeligt" siden 2015 - da virksomhedenrapporterede omkostninger på $0,46 per watt- og fortsætter med at falde hvert år.Der er et par grunde til siliciums relative billighed.Råmaterialet polysilicium, som også bruges i computere og smartphones, er mere tilgængeligt og billigt end forsyninger af cadmium og tellurid.Efterhånden som fabrikker til siliciumpaneler og relaterede komponenter er blevet skaleret op, er de samlede omkostninger ved fremstilling og installation af teknologien faldet.Den kinesiske regering har også stærktstøttet og støttetlandets silicium solsektor — så meget, atomkring 80 pctaf verdens solcelleproduktionsforsyningskæde løber nu gennem Kina.
Faldende panelomkostninger har drevet det globale solboom.I løbet af det sidste årti er verdens samlede installerede solenergikapacitet blevet næsten tidoblet, fra omkring 74.000 megawatt i 2011 til næsten 714.000 megawatt i 2020,ifølgedet internationale agentur for vedvarende energi.USA tegner sig for omkring en syvendedel af verdens samlede, og solenergi er nuen af de største kilderaf ny elkapacitet installeret i USA hvert år.
Omkostningerne pr. watt af cadmiumtellurid og andre tyndfilmsteknologier forventes ligeledes at falde i takt med, at produktionen udvides.(First Solar sigerat når dets nye Ohio-anlæg åbner, vil virksomheden levere den laveste pris pr. watt på hele solcellemarkedet.) Men omkostninger er ikke den eneste metrik, der betyder noget, som industriens aktuelle forsyningskædeproblemer og arbejdsmarkedsmæssige bekymringer gør det klart.
Mark Widmar, CEO for First Solar, sagde, at virksomhedens planlagte udvidelse på $680 millioner er en del af en større indsats for at opbygge en selvforsynende forsyningskæde og "afkoble" den amerikanske solcelleindustri fra Kina.Selvom cadmiumtelluridpaneler ikke bruger noget polysilicium, har First Solar følt andre udfordringer, som industrien står over for, såsom pandemi-induceret efterslæb i søfartsindustrien.I april fortalte First Solar investorer, at trængsel i amerikanske havne holdt panelforsendelser fra deres faciliteter i Asien op.Øget amerikansk produktion vil give virksomheden mulighed for at bruge veje og jernbaner til at sende sine paneler, ikke fragtskibe, sagde Widmar.Og virksomhedens eksisterende genbrugsprogram for dets solpaneler gør det muligt for den at genbruge materialer mange gange, hvilket yderligere reducerer dens afhængighed af udenlandske forsyningskæder og råmaterialer.
Da First Solar udskiller paneler, fortsætter videnskabsmænd hos både virksomheden og NREL med at teste og forbedre cadmiumtellurid-teknologien.I 2019 har partnerneudviklet en ny tilgangder involverer "doping" af tyndfilmsmaterialerne med kobber og klor for at opnå endnu højere effektivitet.Tidligere på måneden, NRELannoncerede resultaterneaf en 25-årig felttest på dets udendørs anlæg i Golden, Colorado.Et array med 12 paneler af cadmiumtelluridpaneler fungerede med 88 procent af sin oprindelige effektivitet, et stærkt resultat for et panel, der har siddet udenfor i over to årtier.Nedbrydningen "er i overensstemmelse med, hvad siliciumsystemer gør," ifølge NREL-udgivelsen.
Mansfield, NREL-forskeren, sagde, at målet ikke er at erstatte krystallinsk silicium med cadmiumtellurid eller etablere en teknologi som overlegen den anden."Jeg tror, der er plads til dem alle på markedet, og de har hver deres applikationer," sagde hun."Vi ønsker, at al energi skal gå til vedvarende kilder, så vi har virkelig brug for alle disse forskellige typer teknologi for at imødegå den udfordring."
Indlægstid: 17. september 2021