Alt handler om penger. Hvorfor tilsynelatende gode teknologiske løsninger noen ganger kan mislykkes

Da jeg var yngre, pleide jeg å tro at vitenskap alene kunne løse enhver teknologisk utfordring – og at uansett hvilken løsning som var teknisk sett best ville vinne frem. Det var først etter å ha tilbrakt noen år i industrien at jeg innså hvordan økonomi, markedskrefter og konkurranse spiller like viktige (og noen ganger større) roller. En teknologisk løsning som kan virke utmerket på papiret kan, lærte jeg, bli dratt ned av praktiske vanskeligheter og dårlig timing.

For alle som utvikler ny teknologi, er det derfor viktig å sette gjennomgangspunkter på prosjekter, kontinuerlig vurdere markedet og konkurransen, og regelmessig se på beredskapen til teknologien din på en lidenskapelig og balansert måte. Jeg kan tenke på dusinvis av teknologier som ikke fungerte etter hensikten. Men her skal jeg utforske «solar concentrator» fotovoltaikk (CPV) – enheter som genererer elektrisitet ved hjelp av linser eller buede speil for å fokuser sollys på bittesmå solceller.

Jeg ble påminnet om dette emnet mens skriver om verdens mest effektive solcelle, som ble utviklet i 2019 ved US National Renewable Energy Laboratory. Det er en CPV-enhet og har en rekordeffektiv effektivitet på 47.1 % når den er opplyst av 143 soler. På forsiden av det høres enheten fantastisk ut gitt at dagens silisium fotovoltaiske (PV) flatpaneler har en effektivitet på bare 22 %.

Hvorfor falt solceller fra konsentratoren, som en gang ble utpekt som den neste store tingen?

Jada, de fleste CPV-installasjoner ser imponerende og futuristiske ut, men flatpanel-silisium-PV-er har falt så mye i pris at forsøk på å distribuere CPV-er nesten har stoppet siden 2017 (selv om forskningen på dem har fortsatt). Er det derfor CPV-er, som en gang ble utpekt som den neste store tingen, har falt i veien?

Markedskrefter

Forskning på CPV-er begynte på midten av 1970-tallet etter sjokket av oljeembargoen i Midtøsten (Prog. Fotovolt. Res. Appl. 8 93). Det meste arbeidet fant sted ved Sandia National Laboratories i New Mexico, med det første systemet bestående av en Fresnel-linse i akryl som fokuserte sollys på silisium PV-celler. Cellene ble avkjølt med vann for å hindre dem i å varme opp og miste effektivitet; de brukte også et sporingssystem slik at de alltid vendte mot solen.

Andre selskaper prøvde seg raskt, med CPV-systemer utviklet av alle fra Motorola og Boeing til GE og RCA. Flere vellykkede demonstrasjonsprosjekter i stor skala dukket opp fra dette tidlige arbeidet, spesielt 350 kW Soleras-prosjektet i Saudi-Arabia og 300 kW Entech-systemet i Austin, Texas. Førstnevnte kjørte kontinuerlig fra 1981 i over 15 år og ga verdifull innsikt i de praktiske og driftskostnadene til CPV-er.

I løpet av de tidlige 1980-årene stoppet imidlertid arbeidet etter hvert som det hastet med energikrisen. Da olje og naturgass viste seg å være mye mer rikelig enn forventet, falt kostnadene for disse drivstoffene. Så når amerikanske føderale midler til CPV-er ble knappe, falt de fleste av deltakerne fra. Forskningen ble redusert, selv om noen få dedikerte fortsatte å forfølge drømmen.

Det var lett å skylde tapet av interesse for CPV-er på lave naturgasspriser eller mangel på politisk vilje. Men det største problemet var at CPV-systemer ikke solgte. Vanlige, flate solcellepaneler i silisium har derimot hundrevis av bruksområder, alt fra navigasjon til telekommunikasjon. De er utrolig pålitelige, mangler bevegelige deler og trenger svært lite vedlikehold.

Solcellepaneler er spesielt nyttige for mennesker i utviklingsland, som nå bruker dem til belysning, kjøling og vannpumping – spesielt hvis det er i avsidesliggende områder der andre strømkilder ikke er tilgjengelige. Enkelt sagt, ingen av disse applikasjonene er spesielt egnet for CPV-er, som kun var kostnadseffektive for installasjoner større enn 100 kW.

En ny daggry?

Markedet for CPV-er ble bedre etter utviklingen på begynnelsen av 2000-tallet av høyeffektive "tandem" multi-junction CPV-er, som kombinerer silisium med en III-V-halvleder som galliumarsenid. Faktisk har forskjellige multi-megawatt CPV-prosjekter blitt satt i drift rundt om i verden siden 2010 ved bruk av slike enheter. Moderne kommersielle systemer har effektiviteter på opptil 42 %, og det internasjonale energibyrået tror dette kan stige til 50 % innen midten av 2020-tallet.

Og likevel er ikke selv disse overlegne CPV-ene perfekte, de trenger aktive sporingssystemer slik at de alltid vender mot solen samt spesiell kjøling. Det er mye ekstra kompleksitet for den ekstra effektiviteten. Dessuten fungerer ikke cellene like godt under disige eller forurensede forhold fordi spekteret ikke samsvarer med de spektralt "innstilte" cellene. Overskyete dager er et annet problem fordi sollyset ikke er konsentrert nok.

Vil du kutte strømregningen? Prøv disse rekordstore solcellene

Disse begrensningene til solcellesystemer med flere kryss reduserer kraftuttaket og påvirker økonomien med høyere kapitalkostnader og vedlikeholdsregninger. Det er vanskelig å se hvordan de kan forbedre seg på solcellepaneler, hvor prisen har falt med 82 % mellom 2010 og 2019, ifølge International Renewable Energy Agency.

Fallet i kostnadene for flatpanel solcellepaneler har for det meste vært drevet av stordriftsfordeler, men den kinesiske regjeringen har også spilt en rolle. Ved å sterkt subsidiere sin solcelleindustri, noen har kranglet at Kina har kunnet selge solcellepaneler i USA og Europa for mindre enn det koster å lage og sende dem. Denne praksisen, kjent som «dumping», har drevet konkurrentene ut og tillatt kinesiske leverandører å få tak i markedet.

Med økonomien som nå favoriserer flatpanel solcelle-PV så sterkt, har utsiktene på kort sikt for CPV-industrien bleknet. Flere av de største CPV-produksjonsanleggene har stengt virksomhet, inkludert Suncore, Soitec, Amonix og SolFocus. Flatpanel solcellepaneler, til tross for at de er mindre effektive, har vunnet dagen på grunn av enkel økonomi.

Men alt er ikke tapt. Kanskje en annen gullalder for solenergikonsentratorteknologi ligger på kortene ved å bruke den konsentrerte energien til å varme opp væsker, med den lagrede varmen omdannet til elektrisitet når solen ikke skinner. Det er en fascinerende mulighet som jeg skal diskutere neste måned.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/its-all-about-the-money-why-seemingly-great-technological-solutions-can-sometimes-fail/