Όλα είναι θέμα χρημάτων. Γιατί μερικές φορές οι φαινομενικά εξαιρετικές τεχνολογικές λύσεις μπορεί να αποτύχουν

Όταν ήμουν νεότερος, πίστευα ότι η επιστήμη από μόνη της θα μπορούσε να λύσει οποιαδήποτε τεχνολογική πρόκληση – και ότι οποιαδήποτε λύση ήταν τεχνικά η καλύτερη θα κέρδιζε. Μόνο αφού πέρασα μερικά χρόνια στη βιομηχανία, συνειδητοποίησα πώς τα οικονομικά, οι δυνάμεις της αγοράς και ο ανταγωνισμός παίζουν εξίσου σημαντικούς (και μερικές φορές μεγαλύτερους) ρόλους. Μια τεχνολογική λύση που μπορεί να φαίνεται εξαιρετική στα χαρτιά μπορεί, έμαθα, να παρασυρθεί από πρακτικές δυσκολίες και κακό συγχρονισμό.

Για όποιον αναπτύσσει νέα τεχνολογία, είναι επομένως σημαντικό να ορίζετε σημεία ανασκόπησης σε έργα, να αξιολογείτε συνεχώς την αγορά και τον ανταγωνισμό και να εξετάζετε τακτικά την ετοιμότητα της τεχνολογίας σας με απαθή και ισορροπημένο τρόπο. Μπορώ να σκεφτώ δεκάδες τεχνολογίες που δεν λειτούργησαν όπως έπρεπε. Αλλά εδώ θα εξερευνήσω τα φωτοβολταϊκά «ηλιακό συγκεντρωτή» (CPV) – συσκευές που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας φακούς ή κυρτούς καθρέφτες για να εστίαση του ηλιακού φωτός σε μικροσκοπικά ηλιακά κύτταρα.

Θυμήθηκα αυτό το θέμα ενώ γράφοντας για το πιο αποδοτικό ηλιακό στοιχείο στον κόσμο, το οποίο αναπτύχθηκε το 2019 στο Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας των ΗΠΑ. Είναι μια συσκευή CPV και έχει απόδοση ρεκόρ 47.1% όταν φωτίζεται από 143 ήλιους. Εκ πρώτης όψεως, η συσκευή ακούγεται καταπληκτική δεδομένου ότι τα σημερινά επίπεδα πάνελ φωτοβολταϊκών πυριτίου (PV) έχουν απόδοση μόλις 22%.

Γιατί τα φωτοβολταϊκά συγκεντρωτών, που κάποτε διαφημίζονταν ως το επόμενο μεγάλο πράγμα, έπεσαν στο περιθώριο;

Σίγουρα, οι περισσότερες εγκαταστάσεις CPV φαίνονται εντυπωσιακές και φουτουριστικές, αλλά τα φωτοβολταϊκά φωτοβολταϊκά πυριτίου με επίπεδη οθόνη έχουν πέσει τόσο πολύ που οι προσπάθειες ανάπτυξης CPV έχουν σχεδόν σταματήσει από το 2017 (ακόμα και αν συνεχιστεί η έρευνα για αυτά). Αυτός είναι ο λόγος που τα CPV, τα οποία κάποτε διαφημίζονταν ως το επόμενο μεγάλο πράγμα, έπεσαν στο περιθώριο;

Οι δυνάμεις της αγοράς

Η έρευνα για τα CPV ξεκίνησε στα μέσα της δεκαετίας του 1970 μετά το σοκ του εμπάργκο πετρελαίου στη Μέση Ανατολή (Επαιτώ. Φωτοβολτ. Res. Appl. 8 93). Οι περισσότερες εργασίες πραγματοποιήθηκαν στα Εθνικά Εργαστήρια Sandia στο Νέο Μεξικό, με το πρώτο σύστημα να αποτελείται από έναν ακρυλικό φακό Fresnel που εστίαζε το ηλιακό φως σε φωτοβολταϊκά κύτταρα πυριτίου. Τα κύτταρα ψύχθηκαν με νερό για να σταματήσουν να ζεσταθούν και να χάσουν την αποτελεσματικότητά τους. χρησιμοποιούσαν επίσης ένα σύστημα παρακολούθησης, έτσι ώστε να κοιτάζουν πάντα τον Ήλιο.

Άλλες εταιρείες δοκίμασαν γρήγορα τις δυνάμεις τους, με συστήματα CPV που αναπτύχθηκαν από όλους, από τη Motorola και την Boeing μέχρι την GE και την RCA. Αρκετά επιτυχημένα έργα επίδειξης μεγάλης κλίμακας προέκυψαν από αυτή την πρώιμη εργασία, ιδίως το έργο Soleras 350 kW στη Σαουδική Αραβία και το σύστημα Entech 300 kW στο Ώστιν του Τέξας. Το πρώτο λειτούργησε συνεχώς από το 1981 για περισσότερα από 15 χρόνια και παρείχε πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τις πρακτικές δυνατότητες και το λειτουργικό κόστος των CPV.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, ωστόσο, οι εργασίες σταμάτησαν καθώς ο επείγων χαρακτήρας της ενεργειακής κρίσης πέρασε. Με το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο να αποδεικνύονται πολύ πιο άφθονα από το αναμενόμενο, το κόστος αυτών των καυσίμων έπεσε κατακόρυφα. Έτσι, όταν τα ομοσπονδιακά κεφάλαια των ΗΠΑ για CPV έγιναν σπάνια, οι περισσότεροι από τους συμμετέχοντες εγκατέλειψαν τη συμμετοχή. Η έρευνα μειώθηκε, αν και λίγοι αφοσιωμένοι συνέχισαν να κυνηγούν το όνειρο.

Ήταν εύκολο να κατηγορηθεί η απώλεια ενδιαφέροντος για τα CPV στις χαμηλές τιμές του φυσικού αερίου ή στην έλλειψη πολιτικής βούλησης. Αλλά το μεγαλύτερο πρόβλημα ήταν ότι τα συστήματα CPV δεν πουλούσαν. Τα κανονικά, επίπεδα ηλιακά φωτοβολταϊκά πάνελ πυριτίου, αντίθετα, έχουν εκατοντάδες εφαρμογές, που κυμαίνονται από την πλοήγηση έως τις τηλεπικοινωνίες. Είναι απίστευτα αξιόπιστα, δεν διαθέτουν κινούμενα μέρη και χρειάζονται πολύ λίγη συντήρηση.

Τα ηλιακά φωτοβολταϊκά είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για τους ανθρώπους στις αναπτυσσόμενες χώρες, οι οποίοι πλέον τα χρησιμοποιούν για φωτισμό, ψύξη και άντληση νερού – ειδικά εάν βρίσκονται σε απομακρυσμένες περιοχές όπου δεν υπάρχουν άλλες πηγές ενέργειας. Με απλά λόγια, καμία από αυτές τις εφαρμογές δεν είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για CPV, τα οποία ήταν οικονομικά αποδοτικά μόνο για εγκαταστάσεις μεγαλύτερες από 100 kW.

Μια νέα αυγή?

Η αγορά για τα CPV βελτιώθηκε μετά την ανάπτυξη στις αρχές της δεκαετίας του 2000 των υψηλής απόδοσης CPV πολλαπλών συνδέσμων "tandem", τα οποία συνδυάζουν πυρίτιο με ημιαγωγό III-V, όπως το αρσενίδιο του γαλλίου. Στην πραγματικότητα, διάφορα έργα CPV πολλών μεγαβάτ έχουν τεθεί σε λειτουργία σε όλο τον κόσμο από το 2010 με τη χρήση τέτοιων συσκευών. Τα σύγχρονα εμπορικά συστήματα έχουν απόδοση έως και 42% και η Διεθνής Υπηρεσία Ενέργειας πιστεύει ότι αυτή θα μπορούσε να αυξηθεί στο 50% μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 2020.

Και όμως ακόμη και αυτά τα ανώτερα CPV δεν είναι τέλεια, χρειάζονται ενεργά συστήματα παρακολούθησης, ώστε να βλέπουν πάντα τον Ήλιο καθώς και ειδική ψύξη. Αυτό είναι πολύ πρόσθετη πολυπλοκότητα για την επιπλέον απόδοση. Επιπλέον, τα κύτταρα δεν λειτουργούν το ίδιο καλά σε συνθήκες ομίχλης ή ρύπανσης επειδή το φάσμα δεν ταιριάζει με τα φασματικά «συντονισμένα» κύτταρα. Οι συννεφιασμένες μέρες είναι ένα άλλο πρόβλημα επειδή το φως του ήλιου δεν είναι αρκετά συγκεντρωμένο.

Θέλετε να μειώσετε το λογαριασμό ενέργειας; Δοκιμάστε αυτά τα ηλιακά κύτταρα που σπάνε ρεκόρ

Αυτοί οι περιορισμοί των φωτοβολταϊκών συστημάτων πολλαπλών συνδέσμων μειώνουν την ισχύ εξόδου τους και επηρεάζουν τα οικονομικά με το υψηλότερο κόστος κεφαλαίου και τους λογαριασμούς συντήρησης. Είναι δύσκολο να δούμε πώς μπορούν να βελτιωθούν στα ηλιακά φωτοβολταϊκά πάνελ, η τιμή των οποίων έχει μειωθεί κατά 82% μεταξύ 2010 και 2019, σύμφωνα με Διεθνής Οργανισμός Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας.

Η πτώση του κόστους των ηλιακών φωτοβολταϊκών με επίπεδη οθόνη οφείλεται κυρίως σε οικονομίες κλίμακας, αλλά και η κινεζική κυβέρνηση έπαιξε ρόλο. Επιδοτώντας σε μεγάλο βαθμό τη βιομηχανία ηλιακών φωτοβολταϊκών της, ορισμένοι έχουν υποστηρίξει ότι η Κίνα μπόρεσε να πουλήσει ηλιακά πάνελ στις ΗΠΑ και την Ευρώπη για λιγότερο από ό,τι κοστίζει η κατασκευή και η αποστολή τους. Γνωστή ως «ντάμπινγκ», η πρακτική έχει διώξει τους ανταγωνιστές και έχει επιτρέψει στους Κινέζους προμηθευτές να στριμώξουν την αγορά.

Με τα οικονομικά δεδομένα να ευνοούν πλέον τόσο έντονα τα ηλιακά φωτοβολταϊκά με επίπεδη οθόνη, οι βραχυπρόθεσμες προοπτικές για τη βιομηχανία CPV έχουν ξεθωριάσει. Αρκετές από τις μεγαλύτερες εγκαταστάσεις παραγωγής CPV έχουν κλείσει τις εργασίες τους, συμπεριλαμβανομένων εκείνων των Suncore, Soitec, Amonix και SolFocus. Τα ηλιακά φωτοβολταϊκά με επίπεδη οθόνη, παρά το γεγονός ότι είναι λιγότερο αποδοτικά, έχουν κερδίσει την ημέρα λόγω απλών οικονομικών.

Ωστόσο, δεν έχουν χαθεί όλα. Ίσως μια δεύτερη χρυσή εποχή για την τεχνολογία ηλιακών συγκεντρωτών βρίσκεται στα χαρτιά που χρησιμοποιεί τη συγκεντρωμένη ενέργεια για να ζεστάνει υγρά, με την αποθηκευμένη θερμότητα να μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια όταν ο Ήλιος δεν λάμπει. Είναι μια συναρπαστική πιθανότητα που θα συζητήσω τον επόμενο μήνα.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/its-all-about-the-money-why-seemingly-great-technological-solutions-can-sometimes-fail/