Kaikki on kiinni rahasta. Miksi näennäisesti näyttävät tekniset ratkaisut voivat joskus epäonnistua

Nuorempana uskoin, että tiede voi yksin ratkaista minkä tahansa teknologisen haasteen – ja että mikä tahansa ratkaisu oli teknisesti paras, voittaisi. Vasta muutaman vuoden teollisuudessa käytyäni tajusin, kuinka talous, markkinavoimat ja kilpailu ovat yhtä tärkeitä (ja joskus suurempia) rooleja. Opin, että tekninen ratkaisu, joka saattaa tuntua paperilla erinomaiselta, voi vetää alas käytännön vaikeuksien ja huonon ajoituksen takia.

Kaikille uutta teknologiaa kehittäville on siksi tärkeää asettaa projekteihin arvostelupisteitä, arvioida jatkuvasti markkinoita ja kilpailua sekä tarkastella säännöllisesti teknologiasi valmiutta kiihkeästi ja tasapainoisesti. Voin ajatella kymmeniä teknologioita, jotka eivät toimineet toivotulla tavalla. Mutta tässä aion tutkia aurinkosähköä (CPV) – laitteita, jotka tuottavat sähköä käyttämällä linssejä tai kaarevia peilejä. keskittää auringonvalo pieniin aurinkokennoihin.

Tuli tämä aihe mieleen välillä kirjoittaa maailman tehokkaimmasta aurinkokennosta, joka kehitettiin vuonna 2019 Yhdysvaltain kansallisessa uusiutuvan energian laboratoriossa. Se on CPV-laite ja sen ennätysteho on 47.1 %, kun se valaisee 143 aurinkoa. Päällisin puolin laite kuulostaa hämmästyttävältä, kun otetaan huomioon, että nykyisten piin aurinkosähköisten (PV) litteiden paneelien hyötysuhde on vain 22 %.

Miksi tiivistimen aurinkosähkö, jota kerran mainostettiin seuraavana suurena asiana, putosi sivuun?

Toki useimmat CPV-asennukset näyttävät vaikuttavilta ja futuristisilta, mutta litteät silikoniPV:t ovat laskeneet niin paljon, että CPV:n käyttöönottoyritykset ovat lähes pysähtyneet vuoden 2017 jälkeen (vaikka niiden tutkimus on jatkunut). Siksikö CPV:t, joita kerran mainostettiin seuraavana suurena asiana, ovat jääneet sivuun?

Markkinavoimat

CPV-tutkimus alkoi 1970-luvun puolivälissä Lähi-idän öljysaarron aiheuttaman shokin jälkeen (Prog. Valovoltti. Res. Appl. 8 93). Suurin osa työstä tehtiin Sandia National Laboratoriesissa New Mexicossa, ja ensimmäinen järjestelmä koostui akryyli-Fresnel-linssistä, joka kohdistai auringonvalon piikennoille. Solut jäähdytettiin vedellä niiden lämpenemisen ja tehokkuuden heikkenemisen estämiseksi; he käyttivät myös seurantajärjestelmää, joten he olivat aina kohti aurinkoa.

Muut yritykset kokeilivat nopeasti käsiään CPV-järjestelmillä, joita ovat kehittäneet kaikki Motorolasta ja Boeingista GE:hen ja RCA:han. Tästä varhaisesta työstä syntyi useita onnistuneita laajamittaisia ​​demonstraatioprojekteja, erityisesti 350 kW Soleras-projekti Saudi-Arabiassa ja 300 kW Entech-järjestelmä Austinissa, Texasissa. Edellinen toimi jatkuvasti vuodesta 1981 lähtien yli 15 vuoden ajan ja tarjosi arvokkaita näkemyksiä CPV-mallien käytännön toimista ja käyttökustannuksista.

1980-luvun alussa työ kuitenkin pysähtyi, kun energiakriisin kiireellisyys meni ohi. Öljyn ja maakaasun määrä osoittautui odotettua runsaammaksi, joten näiden polttoaineiden hinnat putosivat. Joten kun Yhdysvaltain liittovaltion CPV-rahastot olivat niukat, suurin osa osallistujista jäi kesken. Tutkimusta supistettiin, vaikka muutama omistautunut jatkoi unelman toteuttamista.

Kiinnostuksen menetystä CPV:tä kohtaan oli helppo syyttää alhaisista maakaasun hinnoista tai poliittisen tahdon puutteesta. Mutta suurin ongelma oli, että CPV-järjestelmät eivät myyneet. Tavallisilla litteillä silikonisilla aurinkosähköpaneeleilla on sitä vastoin satoja sovelluksia navigoinnista tietoliikenteeseen. Ne ovat uskomattoman luotettavia, niissä ei ole liikkuvia osia ja ne tarvitsevat hyvin vähän huoltoa.

Aurinkosähkölaitteet ovat erityisen hyödyllisiä ihmisille kehitysmaissa, jotka käyttävät niitä nyt valaistukseen, jäähdytykseen ja veden pumppaamiseen – varsinkin jos syrjäisillä alueilla ei ole saatavilla muita voimanlähteitä. Yksinkertaisesti sanottuna mikään näistä sovelluksista ei sovellu erityisen hyvin CPV:ille, jotka olivat kustannustehokkaita vain yli 100 kW:n asennuksissa.

Uusi aamunkoitto?

CPV-markkinat paranivat sen jälkeen, kun 2000-luvun alussa kehitettiin tehokkaat "tandem"-moniliitos-CPV:t, joissa piitä yhdistetään III-V-puolijohteen, kuten galliumarsenidin, kanssa. Itse asiassa erilaisia ​​usean megawatin CPV-projekteja on otettu käyttöön eri puolilla maailmaa vuodesta 2010 lähtien tällaisia ​​laitteita käyttäen. Nykyaikaisten kaupallisten järjestelmien hyötysuhde on jopa 42 %, ja Kansainvälisen energiajärjestön mukaan tämä voi nousta 50 prosenttiin 2020-luvun puoliväliin mennessä.

Ja silti edes nämä ylivoimaiset CPV:t eivät ole täydellisiä, vaan ne tarvitsevat aktiivisia seurantajärjestelmiä, jotta ne ovat aina aurinkoon päin sekä erityistä jäähdytystä. Se lisää monimutkaisuutta lisätehokkuuden saavuttamiseksi. Lisäksi solut eivät toimi yhtä hyvin utuisissa tai saastuneissa olosuhteissa, koska spektri ei vastaa spektraalisesti "viritettyä" solua. Pilviset päivät ovat toinen ongelma, koska auringonvalo ei ole tarpeeksi keskittynyt.

Haluatko leikata sähkölaskuasi? Kokeile näitä ennätyksiä rikkovia aurinkokennoja

Nämä moniliitosten aurinkosähköjärjestelmien rajoitukset vähentävät niiden tehoa ja vaikuttavat talouteen korkeammilla pääomakustannuksilla ja ylläpitolaskuilla. On vaikea nähdä, kuinka ne voivat parantaa aurinkosähköpaneeleja, joiden hinta on laskenut 82 prosenttia vuosina 2010–2019. Kansainvälinen uusiutuvan energian virasto.

Litteän aurinkosähkön kustannusten lasku on enimmäkseen johtunut mittakaavaeduista, mutta myös Kiinan hallituksella on ollut oma roolinsa. Tukemalla voimakkaasti sen aurinkosähköteollisuutta, jotkut ovat väittäneet Kiina on pystynyt myymään aurinkopaneeleja Yhdysvalloissa ja Euroopassa halvemmalla kuin niiden valmistus ja toimitus maksaa. "Polkumyyntinä" tunnettu käytäntö on karkottanut kilpailijat ja antanut kiinalaisten toimittajien vallata markkinat.

Taloustieteen suosiessa nyt niin voimakkaasti litteää aurinkopaneelia, CPV-teollisuuden lähiajan näkymät ovat haalistuneet. Useat suurimmista CPV-tuotantolaitoksista ovat sulkeneet toimintansa, mukaan lukien Suncore, Soitec, Amonix ja SolFocus. Litteät aurinkosähköt, vaikka ne ovat tehottomampia, ovat voittaneet päivän yksinkertaisen talouden vuoksi.

Kaikki ei kuitenkaan ole menetetty. Ehkä toinen aurinkokeskitintekniikan kulta-aika on korteissa, joissa tiivistettyä energiaa käytetään nesteiden lämmittämiseen, jolloin varastoitunut lämpö muunnetaan sähköksi, kun aurinko ei paista. Se on kiehtova mahdollisuus, josta keskustelen ensi kuussa.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/its-all-about-the-money-why-seemingly-great-technological-solutions-can-sometimes-fail/