همه چیز به پول مربوط می شود. چرا راه حل های تکنولوژیکی به ظاهر عالی گاهی اوقات ممکن است شکست بخورند

وقتی جوان تر بودم، معتقد بودم که علم به تنهایی می تواند هر چالش تکنولوژیکی را حل کند – و هر راه حلی که از نظر فنی بهترین باشد، برنده خواهد شد. تنها پس از گذراندن چند سال در صنعت بود که متوجه شدم چگونه اقتصاد، نیروهای بازار و رقابت نقش‌های به همان اندازه مهم (و گاهی بزرگ‌تر) بازی می‌کنند. من آموختم که یک راه حل تکنولوژیکی که ممکن است روی کاغذ عالی به نظر برسد، می تواند با مشکلات عملی و زمان بندی ضعیف به سمت پایین کشیده شود.

برای هرکسی که فناوری جدید را توسعه می دهد، مهم است که نقاط بررسی پروژه ها را تعیین کنید، بازار و رقابت را به طور مستمر ارزیابی کنید و مرتباً به آمادگی فناوری خود به شیوه ای بی طرفانه و متعادل نگاه کنید. من می توانم به ده ها فناوری فکر کنم که آنطور که می خواستم عمل نکردند. اما در اینجا من قصد دارم فتوولتائیک های متمرکز کننده خورشیدی (CPVs) را بررسی کنم - دستگاه هایی که با استفاده از عدسی ها یا آینه های منحنی برق تولید می کنند. نور خورشید را روی سلول های خورشیدی کوچک متمرکز کنید.

در حالی که یاد این موضوع افتادم نوشتن در مورد کارآمدترین سلول خورشیدی جهانکه در سال 2019 در آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر ایالات متحده توسعه یافت. این یک دستگاه CPV است و با تابش 47.1 خورشید دارای راندمان رکوردشکنی 143٪ است. با توجه به اینکه پانل های تخت سیلیکونی فتوولتائیک (PV) امروزی تنها 22 درصد راندمان دارند، این دستگاه در ظاهر شگفت انگیز به نظر می رسد.

چرا فتوولتائیک متمرکز کننده، که زمانی به عنوان چیز بزرگ بعدی تبلیغ می شد، کنار رفت؟

مطمئناً، اکثر نصب‌های CPV چشمگیر و آینده‌نگر به نظر می‌رسند، اما PV‌های سیلیکونی صفحه تخت به قدری کاهش یافته‌اند که تلاش‌ها برای استقرار CPV از سال 2017 تقریباً متوقف شده است (حتی اگر تحقیقات روی آنها ادامه داشته باشد). آیا به همین دلیل است که CPV ها، که زمانی به عنوان چیز بزرگ بعدی تبلیغ می شدند، کنار گذاشته شده اند؟

نیروهای بازار

تحقیقات در مورد CPV ها در اواسط دهه 1970 پس از شوک تحریم نفتی خاورمیانه آغاز شد. (Prog. فتوولت. Res. Appl. 8 93). بیشتر کارها در آزمایشگاه‌های ملی ساندیا در نیومکزیکو انجام شد، اولین سیستم شامل یک لنز فرنل اکریلیک بود که نور خورشید را روی سلول‌های PV سیلیکونی متمرکز می‌کرد. سلول ها با آب خنک شدند تا از گرم شدن و از دست دادن کارایی آنها جلوگیری شود. آنها همچنین از یک سیستم ردیابی استفاده کردند تا همیشه رو به خورشید باشند.

شرکت‌های دیگر به سرعت دست خود را امتحان کردند، با سیستم‌های CPV که توسط همه از موتورولا و بوئینگ گرفته تا GE و RCA توسعه داده شد. چندین پروژه نمایشی موفق در مقیاس بزرگ از این کار اولیه پدید آمدند، به ویژه پروژه 350 کیلوواتی Soleras در عربستان سعودی و سیستم 300 کیلووات Entech در آستین، تگزاس. اولی به طور مداوم از سال 1981 برای بیش از 15 سال اجرا شد و بینش های ارزشمندی را در مورد جنبه های عملی و هزینه های عملیاتی CPV ها ارائه کرد.

با این حال، در اوایل دهه 1980، با پایان یافتن فوریت بحران انرژی، کار متوقف شد. با وجود نفت و گاز طبیعی بسیار بیشتر از حد انتظار، هزینه این سوخت ها به شدت کاهش یافت. بنابراین هنگامی که بودجه فدرال ایالات متحده برای CPV ها کمیاب شد، اکثر شرکت کنندگان از تحصیل خارج شدند. تحقیقات کاهش یافت، اگرچه تعداد کمی از آنها به دنبال این رویا بودند.

به راحتی می‌توان از دست دادن علاقه به CPVها را به دلیل قیمت پایین گاز طبیعی یا فقدان اراده سیاسی مقصر دانست. اما بزرگترین مشکل این بود که سیستم های CPV فروش نمی رفتند. در مقابل، پانل های خورشیدی PV سیلیکونی معمولی و تخت، صدها کاربرد دارند، از ناوبری گرفته تا مخابرات. آنها فوق العاده قابل اعتماد هستند، فاقد قطعات متحرک هستند و نیاز به نگهداری بسیار کمی دارند.

فتوولتائیک های خورشیدی به ویژه برای مردم کشورهای در حال توسعه مفید هستند، که اکنون از آنها برای روشنایی، تبرید و پمپاژ آب استفاده می کنند - به خصوص اگر در مناطق دورافتاده که منابع دیگر برق در دسترس نباشد. به بیان ساده، هیچ یک از این برنامه ها به ویژه برای CPV ها مناسب نیستند، که فقط برای نصب های بزرگتر از 100 کیلو وات مقرون به صرفه بودند.

یک طلوع جدید؟

بازار CPV ها به دنبال توسعه CPV های چند اتصالی با راندمان بالا در اوایل دهه 2000 بهبود یافت که سیلیکون را با نیمه هادی III-V مانند آرسنید گالیم ترکیب می کرد. در واقع، پروژه های مختلف CPV چند مگاواتی از سال 2010 در سراسر جهان با استفاده از چنین دستگاه هایی راه اندازی شده اند. راندمان سیستم‌های تجاری مدرن تا 42 درصد است و آژانس بین‌المللی انرژی فکر می‌کند این میزان تا اواسط دهه 50 به 2020 درصد افزایش می‌یابد.

و با این حال، حتی این CPV های برتر نیز کامل نیستند، و به سیستم های ردیابی فعال نیاز دارند، بنابراین همیشه رو به خورشید و همچنین خنک کننده ویژه هستند. این پیچیدگی زیادی برای کارایی بیشتر است. علاوه بر این، سلول‌ها در شرایط مه‌آلود یا آلوده به خوبی کار نمی‌کنند، زیرا طیف با سلول‌های "کوک" طیفی مطابقت ندارد. روزهای ابری مشکل دیگری است زیرا نور خورشید به اندازه کافی متمرکز نیست.

آیا می خواهید قبض انرژی خود را کاهش دهید؟ این سلول های خورشیدی رکوردشکن را امتحان کنید

این محدودیت‌های سیستم‌های PV چند اتصالی، توان خروجی آن‌ها را کاهش می‌دهد و با هزینه‌های سرمایه بالاتر و صورت‌حساب‌های تعمیر و نگهداری، بر اقتصاد تأثیر می‌گذارد. به سختی می توان دید که چگونه می توانند در صفحات خورشیدی PV که قیمت آنها بین سال های 82 تا 2010 2019 درصد کاهش یافته است، پیشرفت کنند. آژانس بین المللی انرژی های تجدید پذیر.

کاهش هزینه PV خورشیدی صفحه تخت عمدتاً ناشی از صرفه جویی در مقیاس بوده است، اما دولت چین نیز در این زمینه نقش داشته است. با پرداخت یارانه های سنگین به صنعت PV خورشیدی، برخی استدلال کرده اند چین توانسته است پنل های خورشیدی را در آمریکا و اروپا به قیمتی کمتر از هزینه ساخت و ارسال آنها بفروشد. این رویه که به عنوان «دامپینگ» شناخته می‌شود، رقبا را بیرون کرده و به تأمین‌کنندگان چینی اجازه می‌دهد تا بازار را گوشه کنند.

با توجه به اینکه اکنون علم اقتصاد به شدت طرفدار PV خورشیدی صفحه تخت است، چشم انداز کوتاه مدت صنعت CPV کم رنگ شده است. چندین مورد از بزرگترین تاسیسات تولید CPV از جمله Suncore، Soitec، Amonix و SolFocus دارای عملیات بسته هستند. PVهای خورشیدی صفحه تخت، علیرغم اینکه کارایی کمتری دارند، به دلیل صرفه اقتصادی ساده برنده این روز شده اند.

با این حال، همه چیز از دست رفته نیست. شاید دومین عصر طلایی برای فناوری متمرکزکننده خورشیدی در کارت‌هایی باشد که از انرژی متمرکز برای گرم کردن مایعات استفاده می‌کنند، با گرمای ذخیره‌شده در زمانی که خورشید نمی‌تابد، به الکتریسیته تبدیل می‌شود. این یک احتمال جذاب است که ماه آینده در مورد آن صحبت خواهم کرد.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/its-all-about-the-money-why-seemingly-great-technological-solutions-can-sometimes-fail/