Det hele handler om pengene. Hvorfor tilsyneladende gode teknologiske løsninger nogle gange kan fejle

Da jeg var yngre, troede jeg på, at videnskab alene kunne løse enhver teknologisk udfordring – og at den løsning, der teknisk set var den bedste, ville vinde frem. Det var først efter at have tilbragt et par år i industrien, at jeg indså, hvordan økonomi, markedskræfter og konkurrence spiller lige så vigtige (og nogle gange større) roller. En teknologisk løsning, der kan virke fremragende på papiret, kan, lærte jeg, blive trukket ned af praktiske vanskeligheder og dårlig timing.

For alle, der udvikler ny teknologi, er det derfor vigtigt at sætte gennemgangspunkter på projekter, løbende vurdere markedet og konkurrencen og jævnligt se på din teknologis parathed på en lidenskabsløs og afbalanceret måde. Jeg kan komme i tanke om snesevis af teknologier, der ikke gik efter hensigten. Men her vil jeg udforske "solar concentrator" fotovoltaik (CPV'er) - enheder, der genererer elektricitet ved hjælp af linser eller buede spejle til at fokusere sollys på små solceller.

Jeg blev mindet om dette emne, mens skriver om verdens mest effektive solcelle, som blev udviklet i 2019 på US National Renewable Energy Laboratory. Det er en CPV-enhed og har en rekordeffektiv effektivitet på 47.1 %, når den er oplyst af 143 sole. Umiddelbart lyder enheden fantastisk i betragtning af, at nutidens fotovoltaiske (PV) silicium-fladpaneler har en effektivitet på kun 22 %.

Hvorfor faldt solcelleanlæg fra koncentrator, som engang blev udråbt som den næste store ting, af vejen?

Sikker på, de fleste CPV-installationer ser imponerende og futuristiske ud, men fladskærms silicium-PV'er er faldet så meget i pris, at forsøg på at implementere CPV'er næsten er gået i stå siden 2017 (selvom forskningen om dem er fortsat). Er det derfor, CPV'er, der engang blev udråbt som den næste store ting, er faldet af vejen?

Markedskræfter

Forskning i CPV'er begyndte i midten af ​​1970'erne efter chokket fra Mellemøstens olieembargo (Prog. Fotovolt. Res. Appl. 8 93). Det meste arbejde fandt sted på Sandia National Laboratories i New Mexico, med det første system bestående af en akryl Fresnel-linse, der fokuserede sollys på silicium PV-celler. Cellerne blev afkølet med vand for at forhindre dem i at varme op og miste effektivitet; de brugte også et sporingssystem, så de altid vendte mod solen.

Andre virksomheder forsøgte sig hurtigt med CPV-systemer udviklet af alle fra Motorola og Boeing til GE og RCA. Adskillige vellykkede demonstrationsprojekter i stor skala opstod fra dette tidlige arbejde, især 350 kW Soleras-projektet i Saudi-Arabien og 300 kW Entech-systemet i Austin, Texas. Førstnævnte kørte uafbrudt fra 1981 i over 15 år og gav værdifuld indsigt i de praktiske og driftsomkostninger ved CPV'er.

I løbet af de tidlige 1980'ere gik arbejdet imidlertid i stå, efterhånden som energikrisens hastende karakter gik forbi. Da olie og naturgas viste sig at være meget mere rigeligt end forventet, faldt prisen på disse brændstoffer. Så da de amerikanske føderale midler til CPV'er blev knappe, droppede de fleste af deltagerne ud. Forskningen blev reduceret, selvom nogle få dedikerede fortsatte med at forfølge drømmen.

Det var let at skyde skylden for tabet af interesse for CPV'er på lave naturgaspriser eller mangel på politisk vilje. Men det største problem var, at CPV-systemer ikke solgte. Almindelige, flade silicium solcellepaneler har derimod hundredvis af applikationer, lige fra navigation til telekommunikation. De er utroligt pålidelige, mangler bevægelige dele og kræver meget lidt vedligeholdelse.

Solceller er særligt nyttige for mennesker i udviklingslande, som nu bruger dem til belysning, køling og vandpumpning - især hvis i fjerntliggende områder, hvor andre strømkilder ikke er tilgængelige. Kort sagt, ingen af ​​disse applikationer er særligt velegnede til CPV'er, som kun var omkostningseffektive for installationer større end 100 kW.

En ny daggry?

Markedet for CPV'er forbedredes efter udviklingen i begyndelsen af ​​2000'erne af højeffektive "tandem" multi-junction CPV'er, som kombinerer silicium med en III-V-halvleder såsom galliumarsenid. Faktisk er forskellige multi-megawatt CPV-projekter blevet bestilt rundt om i verden siden 2010 ved hjælp af sådanne enheder. Moderne kommercielle systemer har effektivitetsgevinster på op til 42 %, og Det Internationale Energiagentur mener, at dette kan stige til 50 % i midten af ​​2020'erne.

Og alligevel er selv disse overlegne CPV'er ikke perfekte, de har brug for aktive sporingssystemer, så de altid vender mod solen samt speciel afkøling. Det er en masse ekstra kompleksitet for den ekstra effektivitet. Desuden fungerer cellerne ikke så godt under diset eller forurenede forhold, fordi spektret ikke matcher de spektralt "tunede" celler. Overskyede dage er et andet problem, fordi sollyset ikke er koncentreret nok.

Vil du skære ned på din energiregning? Prøv disse rekordstore solceller

Disse begrænsninger af multi-junction PV-systemer reducerer deres effekt og påvirker økonomien med de højere kapitalomkostninger og vedligeholdelsesregninger. Det er svært at se, hvordan de kan forbedre sig på solcellepaneler, hvis pris er faldet med 82 % mellem 2010 og 2019, ifølge International agentur for vedvarende energi.

Faldet i omkostningerne til fladskærms solcelleanlæg er for det meste drevet af stordriftsfordele, men den kinesiske regering har også spillet en rolle. Ved kraftigt at subsidiere sin solcelleindustri, nogle har argumenteret at Kina har kunnet sælge solpaneler i USA og Europa for mindre, end det koster at fremstille og sende dem. Denne praksis, der er kendt som "dumping", har drevet konkurrenterne ud og gjort det muligt for kinesiske leverandører at tage markedet ud.

Med økonomien, der nu favoriserer fladskærms solceller så stærkt, er udsigterne på kort sigt for CPV-industrien falmet. Flere af de største CPV-produktionsfaciliteter har lukkede aktiviteter, herunder Suncore, Soitec, Amonix og SolFocus. Fladskærms solcelleanlæg, på trods af at de er mindre effektive, har vundet dagen på grund af simpel økonomi.

Alt er dog ikke tabt. Måske er der en anden guldalder for solkoncentratorteknologi på kort, hvor man bruger den koncentrerede energi til at varme væsker op, med den lagrede varme omdannet til elektricitet, når solen ikke skinner. Det er en fascinerende mulighed, som jeg vil diskutere i næste måned.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/its-all-about-the-money-why-seemingly-great-technological-solutions-can-sometimes-fail/