Czy nowe ogniwo słoneczne o rekordowej wydajności 30.1% może zmienić komercyjny potencjał paneli słonecznych, pyta Jamesa Mckenziego
Panele słoneczne istnieją od dziesięcioleci - w rzeczywistości są teraz częsty widok na domach nawet w przeważnie pochmurnych i ciemnych krajach północnej Europy. Tańsze i łatwiejsze w instalacji niż kiedykolwiek wcześniej, pytanie brzmi, dlaczego panele słoneczne nie są montowane w każdym domu? Najczęściej sprowadza się to do kosztów. Konsumenci chcą po prostu szybkiego zwrotu z inwestycji.
Pracując przez wiele lat w sektorze diod elektroluminescencyjnych (LED), pamiętam, jak trudno było przekonać ludzi do zakupu czegoś – oświetlenia LED – które kosztuje więcej niż staroświecka żarówka. Po co wydawać pieniądze, skoro nie dostaniesz zwrotu przez 10 lat lub dłużej? Nowomodne żarówki były dobre dla ekologicznie myślących eko-wojowników, ale nie dla zwykłych graczy.
Na szczęście wydajność, koszt i jakość diod LED uległy poprawie, a konsumenci zaczęli zdawać sobie sprawę, że oświetlenie LED przetrwa wystarczająco długo, aby odzyskać początkowe nakłady. Kiedy czas zwrotu inwestycji spadł poniżej pięciu lat, wszystko zaczęło nabierać tempa. W rzeczywistości dzisiejsze oświetlenie LED może zapewnić ponad 100 lumenów na wat (dwa razy więcej niż w przypadku produktów z najwyższej półki), co oznacza, że jest to jedyny praktyczny wybór – ze zwrotem kosztów w ciągu kilku miesięcy.
Selektywny zakazy nieefektywne źródła światła oczywiście pomogły, ale diody LED odniosły sukces dzięki postępowi technicznemu w połączeniu z korzyściami skali. Czy to samo stanie się z panelami słonecznymi? W Wielkiej Brytanii rząd rozpoczął w 2010 r taryfy gwarantowane (FiT). Każdy, kto wprowadził do sieci energię elektryczną wytwarzaną przez panele słoneczne, otrzymywał płatności w wysokości 41.3 p/kWh (pensów za kilowatogodzinę) – w czasie, gdy cena energii elektrycznej wynosiła około 10 p/kWh. Taryfy doprowadziły do tego, że wiele osób montowało panele fotowoltaiczne (PV) wraz z instalacjami wzrosła z 140,000 2011 w 1.2 roku do XNUMX miliona do końca ubiegłego roku.
Wzrost wydajności
W 2010 roku komercyjne panele fotowoltaiczne były oparte na krzemie, a wydajność wynosiła zwykle 15%. Jeśli kupiłeś je od renomowanego producenta, niektóre panele mogą przetrwać dziesiątki lat, czyli wystarczająco długo, aby inwestycja się zwróciła. Ale jako raport 2020 Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej stwierdzono, że koszt fotowoltaiki na całym świecie spadł o 82% w latach 2010-2019, a wydajność paneli wynosi obecnie blisko 22%.
W rzeczywistości ceny wszystkich odnawialnych źródeł energii spadają, w tym energia wiatrowa na lądzie i morzu, a także skoncentrowana energia słoneczna, przy czym energia słoneczna spadła o 13% w samym 2019 r. do nieco ponad 5 p/kWh. Pomimo wstrząsów w sektorze energii słonecznej w Wielkiej Brytanii zakończenie taryf gwarantowanych w latach 2017-2018Według fizyka Wielka Brytania prawdopodobnie zainstaluje ponad 1 GW fotowoltaiki do końca 2022 r. Finlaya Colville'a, kierownik badań rynku w Media słoneczne.
Ponadto istnieją przesłanki sugerujące, że do 40 r. na dachach domów i biur oraz w naziemnych panelach fotowoltaicznych w Wielkiej Brytanii może być zainstalowanych łącznie 2030 GW fotowoltaiki. Na początku tego roku w ramach jej Plan bezpieczeństwa energetycznego, rząd Wielkiej Brytanii będzie również dążył do zwiększenia obecnych 14 GW mocy fotowoltaicznej w Zjednoczonym Królestwie, co według szacunków mogłoby wzrosnąć pięciokrotnie do 2035 r.
Koszt jest kluczowy. Światowy rekord wydajności ogniw słonecznych wynosi obecnie 47.1%, co osiągnęli w 2019 roku pracownicy w USA Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej, który zbudował sześć koncentratorów złączy ogniw słonecznych z różnych materiałów pod oświetleniem 143 słońc. Żadne ogniwo słoneczne nigdy nie będzie tak opłacalne jak stary, dobry krzem, ale nowy „tandemowy” panel słoneczny, zaprezentowany na niedawnym Światowa Konferencja Konwersja Energii Fotowoltaicznej w Mediolanie, może zmienić reguły gry, mając wydajność na poziomie 30.1% przy zaledwie jednym oświetleniu Słońca.
Nowe ogniwo może zmienić reguły gry, mając wydajność 30.1% przy zaledwie jednym oświetleniu Słońca
Opracowany przez zespół z różnych uniwersytetów i instytutów w Holandii, ogniwo łączy konwencjonalne ogniwo krzemowe z ogniwem wykonanym z perowskitu, co pozwala na wykorzystanie większej części widma słonecznego. Dzieje się tak dlatego, że część silikonowa dobrze współpracuje ze światłem widzialnym i podczerwonym, podczas gdy perowskit lepiej radzi sobie ze światłem ultrafioletowym i widzialnym. Perowskit pozwala również na dotarcie do ogniwa krzemowego ponad 93% światła bliskiej podczerwieni.
Wiele zespołów na całym świecie pracuje nad ogniwami tandemowymi, w tym brytyjska firma Oxford PV. Dzięki powleczeniu zwykłego ogniwa krzemowego cienką warstwą perowskitu osiągnął efektywność 29.52% w 2020 roku, a firma twierdzi, że jej syntetyczny materiał perowskitowy jest niedrogi i zrównoważony. Z już zbudowana fabryka, Oxford PV zamierza być pierwszą firmą, która je sprzeda ogniwa słoneczne nowej generacji. Początkowe produkty, przeznaczone na dachy mieszkalne, będą generować o 20% więcej energii z tej samej liczby ogniw.
Słoneczna przyszłość
Energia słoneczna ma duży potencjał, a 87% krajów świata jest w stanie zasilić się, wykorzystując mniej niż 5% swojej ziemi. Jak zauważył Elon Musk, Stany Zjednoczone mogłyby wykonać tę pracę, mając zaledwie kilkaset kilometrów paneli słonecznych w małym zakątku Utah. Ale Wielka Brytania nie jest jednym z tych szczęśliwych krajów: 12.5% całego kraju musiałoby być pokryte panelami słonecznymi, aby się zasilić. To dużo, biorąc pod uwagę, że tylko 6% kraju jest zabudowane.
Fotowoltaika słoneczna będzie zatem częścią miksu, ale nie całym rozwiązaniem. Musimy zwiększyć wydajność ogniw słonecznych, jednocześnie utrzymując kontrolę nad kosztami produkcji, inwerterami i kosztami instalacji, aby naprawdę zachęcić do ich wykorzystania. Przeciętny czteroosobowy dom w Wielkiej Brytanii potrzebuje obecnie około 16 paneli słonecznych działających z wydajnością około 20%, aby się zasilić. Biorąc pod uwagę niski poziom nasłonecznienia w Wielkiej Brytanii, do niedawna praktyczną zasadą było to, że panele fotowoltaiczne spłaciłyby się po 11–14 latach.
Jednak według niektórych szacunków zwrot z paneli fotowoltaicznych wynosi obecnie zaledwie cztery lata, a dalsze ulepszenia mogą jeszcze bardziej skrócić ten czas. Przy gwałtownie rosnących cenach energii i kryzysie kosztów utrzymania wydaje się, że wreszcie nadszedł czas na fotowoltaikę.
