To wszystko o pieniądzach. Dlaczego z pozoru świetne rozwiązania technologiczne mogą czasem zawieść

Kiedy byłem młodszy, wierzyłem, że sama nauka może rozwiązać każde wyzwanie technologiczne – i że każde rozwiązanie, które będzie technicznie najlepsze, zwycięży. Dopiero po spędzeniu kilku lat w przemyśle zdałem sobie sprawę, jak równie ważną (a czasem większą) rolę odgrywają ekonomia, siły rynkowe i konkurencja. Przekonałem się, że rozwiązanie technologiczne, które może wydawać się doskonałe na papierze, może zostać osłabione przez trudności praktyczne i nieodpowiednie wyczucie czasu.

Dlatego dla każdego, kto opracowuje nową technologię, ważne jest, aby ustalać punkty przeglądu projektów, stale oceniać rynek i konkurencję oraz regularnie sprawdzać gotowość swojej technologii w beznamiętny i wyważony sposób. Przychodzą mi na myśl dziesiątki technologii, które nie sprawdziły się zgodnie z zamierzeniami. Ale tutaj zamierzam zbadać fotowoltaikę „koncentratora słonecznego” (CPV) – urządzenia, które wytwarzają energię elektryczną za pomocą soczewek lub zakrzywionych luster, aby skupić światło słoneczne na maleńkich ogniwach słonecznych.

Przypomniał mi się ten temat przy okazji pisząc o najbardziej wydajnym ogniwie słonecznym na świecie, który został opracowany w 2019 roku w amerykańskim National Renewable Energy Laboratory. Jest to urządzenie CPV i ma rekordową wydajność 47.1% przy oświetleniu 143 słońcami. Na pierwszy rzut oka urządzenie brzmi niesamowicie, biorąc pod uwagę, że dzisiejsze krzemowe płaskie panele fotowoltaiczne (PV) mają sprawność zaledwie 22%.

Dlaczego fotowoltaika z koncentratorem, która kiedyś była reklamowana jako następna wielka rzecz, upadła?

Jasne, większość instalacji CPV wygląda imponująco i futurystycznie, ale płaskie panele krzemowe PV spadły tak bardzo, że próby wdrożenia CPV prawie się zatrzymały od 2017 r. (nawet jeśli badania nad nimi były kontynuowane). Czy to dlatego CPV, które kiedyś były reklamowane jako kolejna wielka rzecz, spadły na dalszy plan?

Siły rynkowe

Badania nad CPV rozpoczęto w połowie lat 1970. XX wieku po szoku wywołanym embargo na ropę na Bliskim Wschodzie (Wałówka. Fotowolt. Rez. Aplikacja 8 93). Większość prac miała miejsce w Sandia National Laboratories w Nowym Meksyku, a pierwszy system składał się z akrylowej soczewki Fresnela, która skupiała światło słoneczne na krzemowych ogniwach fotowoltaicznych. Ogniwa były chłodzone wodą, aby nie nagrzewały się i nie traciły wydajności; używali również systemu śledzenia, więc zawsze patrzyli w stronę Słońca.

Inne firmy szybko spróbowały swoich sił, z systemami CPV opracowanymi przez wszystkich, od Motoroli i Boeinga po GE i RCA. Z tych wczesnych prac wyłoniło się kilka udanych projektów demonstracyjnych na dużą skalę, w szczególności projekt Soleras o mocy 350 kW w Arabii Saudyjskiej i system Entech o mocy 300 kW w Austin w Teksasie. Pierwsza z nich trwała nieprzerwanie od 1981 r. przez ponad 15 lat i dostarczyła cennych informacji na temat praktycznych aspektów i kosztów operacyjnych CPV.

Jednak we wczesnych latach osiemdziesiątych prace utknęły w martwym punkcie, gdy minął kryzys energetyczny. Ponieważ ropa naftowa i gaz ziemny okazały się znacznie bardziej obfite niż oczekiwano, koszt tych paliw gwałtownie spadł. Kiedy więc fundusze federalne USA na CPV stały się niewystarczające, większość uczestników odpadła. Badania zostały ograniczone, chociaż kilku oddanych kontynuowało realizację marzenia.

Łatwo było zrzucić winę na spadek zainteresowania CPV na niskie ceny gazu ziemnego lub brak woli politycznej. Ale największym problemem było to, że systemy CPV nie sprzedawały się. Natomiast zwykłe, płaskie krzemowe panele fotowoltaiczne mają setki zastosowań, od nawigacji po telekomunikację. Są niewiarygodnie niezawodne, nie mają ruchomych części i wymagają bardzo niewielkiej konserwacji.

Panele fotowoltaiczne są szczególnie przydatne dla mieszkańców krajów rozwijających się, którzy obecnie używają ich do oświetlenia, chłodzenia i pompowania wody – zwłaszcza w odległych obszarach, gdzie inne źródła energii nie są dostępne. Mówiąc najprościej, żadna z tych aplikacji nie jest szczególnie odpowiednia dla CPV, które były opłacalne tylko w przypadku instalacji większych niż 100 kW.

Nowy świt?

Rynek CPV poprawił się po opracowaniu na początku XXI wieku wysokowydajnych „tandemowych” wielozłączowych CPV, które łączą krzem z półprzewodnikiem III-V, takim jak arsenek galu. W rzeczywistości od 2000 roku na całym świecie zlecono różne wielomegawatowe projekty CPV z wykorzystaniem takich urządzeń. Nowoczesne systemy komercyjne mają wydajność do 2010%, a Międzynarodowa Agencja Energii uważa, że ​​do połowy lat 42. może ona wzrosnąć do 50%.

A jednak nawet te doskonałe CPV nie są idealne i wymagają aktywnych systemów śledzenia, aby zawsze były skierowane w stronę Słońca, a także specjalnego chłodzenia. To dużo dodatkowej złożoności dla dodatkowej wydajności. Co więcej, komórki nie działają tak dobrze w zamglonych lub zanieczyszczonych warunkach, ponieważ widmo nie pasuje do spektralnie „dostrojonych” komórek. Kolejnym problemem są pochmurne dni, ponieważ światło słoneczne nie jest wystarczająco skoncentrowane.

Chcesz obniżyć rachunki za energię? Wypróbuj te rekordowe ogniwa słoneczne

Te ograniczenia wielozłączowych systemów fotowoltaicznych zmniejszają ich moc wyjściową i wpływają na ekonomię z wyższymi kosztami kapitałowymi i rachunkami za konserwację. Trudno zobaczyć, jak mogą ulepszyć panele fotowoltaiczne, których cena spadła o 82% w latach 2010-2019, zgodnie z Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej.

Spadek kosztów płaskich paneli fotowoltaicznych był głównie spowodowany korzyściami skali, ale chiński rząd również odegrał pewną rolę. Poprzez znaczne subsydiowanie swojego przemysłu fotowoltaicznego, niektórzy się sprzeczali że Chiny były w stanie sprzedawać panele słoneczne w USA i Europie po cenie niższej niż koszty ich wytworzenia i wysyłki. Znana jako „dumping”, praktyka ta wyparła konkurentów i pozwoliła chińskim dostawcom opanować rynek.

Ponieważ ekonomia tak mocno faworyzuje teraz płaskie panele fotowoltaiczne, krótkoterminowe perspektywy dla branży CPV wyblakły. Kilka największych zakładów produkcyjnych CPV zakończyło działalność, w tym Suncore, Soitec, Amonix i SolFocus. Płaskie panele fotowoltaiczne, mimo że są mniej wydajne, wygrały dzień dzięki prostej ekonomii.

Jednak nie wszystko jest stracone. Być może zbliża się druga złota era technologii koncentratorów słonecznych, która wykorzystuje skoncentrowaną energię do podgrzewania płynów, a zmagazynowane ciepło jest przekształcane w energię elektryczną, gdy słońce nie świeci. To fascynująca możliwość, którą omówię w przyszłym miesiącu.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/its-all-about-the-money-why-seemingly-great-technological-solutions-can-sometimes-fail/