Totul tine de bani. De ce soluțiile tehnologice aparent grozave pot eșua uneori

Când eram mai tânăr, obișnuiam să cred că numai știința poate rezolva orice provocare tehnologică – și că orice soluție ar fi cea mai bună din punct de vedere tehnic va câștiga. Abia după ce am petrecut câțiva ani în industrie, mi-am dat seama cum economia, forțele pieței și concurența joacă roluri la fel de importante (și uneori mai mari). O soluție tehnologică care ar putea părea excelentă pe hârtie, am aflat, poate fi târâtă de dificultăți practice și de sincronizare slabă.

Pentru oricine care dezvoltă noi tehnologii, este, prin urmare, important să stabilească puncte de revizuire a proiectelor, să evalueze continuu piața și concurența și să se uite în mod regulat la pregătirea tehnologiei dvs. într-un mod nepasional și echilibrat. Mă gândesc la zeci de tehnologii care nu au ieșit conform intenției. Dar aici voi explora fotovoltaicele „concentratoare solare” (CPV) – dispozitive care generează electricitate folosind lentile sau oglinzi curbate pentru concentrați lumina soarelui asupra celulelor solare minuscule.

Mi-a adus aminte de acest subiect în timp ce scriind despre cea mai eficientă celulă solară din lume, care a fost dezvoltat în 2019 la Laboratorul național de energie regenerabilă din SUA. Este un dispozitiv CPV și are o eficiență record de 47.1% atunci când este iluminat de 143 de sori. Pe față, dispozitivul sună uimitor, având în vedere că panourile plate din siliciu fotovoltaic (PV) de astăzi au o eficiență de doar 22%.

De ce fotovoltaica concentratoare, care odinioară era prezentată ca următorul lucru important, a căzut pe margine?

Sigur, majoritatea instalațiilor CPV arată impresionante și futuriste, dar PV-urile cu siliciu cu ecran plat au scăzut atât de mult, încât încercările de a implementa CPV-uri aproape s-au oprit din 2017 (chiar dacă cercetările asupra lor au continuat). Acesta este motivul pentru care CPV-urile, care au fost odată prezentate ca următorul lucru important, au căzut pe margine?

Forțele pieței

Cercetările asupra CPV-urilor au început la mijlocul anilor 1970, după șocul embargoului petrolier din Orientul Mijlociu (Prog. Fotovolt. Res. Aplic. 8 93). Cele mai multe lucrări au avut loc la Sandia National Laboratories din New Mexico, primul sistem constând dintr-o lentilă Fresnel acrilică care a focalizat lumina soarelui pe celulele fotovoltaice de siliciu. Celulele au fost răcite cu apă pentru a le împiedica să se încălzească și să-și piardă eficiența; au folosit, de asemenea, un sistem de urmărire, așa că s-au îndreptat mereu spre Soare.

Alte companii și-au încercat rapid mâna, cu sisteme CPV dezvoltate de toată lumea, de la Motorola și Boeing până la GE și RCA. Din această lucrare timpurie au apărut mai multe proiecte demonstrative de succes la scară largă, în special proiectul Soleras de 350 kW din Arabia Saudită și sistemul Entech de 300 kW din Austin, Texas. Primul a funcționat continuu din 1981 timp de peste 15 ani și a oferit informații valoroase despre aspectele practice și costurile de operare ale CPV-urilor.

La începutul anilor 1980, însă, munca s-a blocat pe măsură ce urgența crizei energetice a trecut. Cu petrolul și gazele naturale dovedindu-se mult mai abundente decât se aștepta, costul acestor combustibili a scăzut. Așa că, odată ce fondurile federale americane pentru CPV-uri au devenit rare, majoritatea participanților au renunțat la studii. Cercetările au fost reduse, deși câțiva dedicați au continuat să urmărească visul.

A fost ușor să dai vina pe pierderea interesului pentru CPV-uri pe prețul scăzut al gazelor naturale sau pe lipsa de voință politică. Dar cea mai mare problemă a fost că sistemele CPV nu s-au vândut. Panourile solare fotovoltaice obișnuite, plate din siliciu, în schimb, au sute de aplicații, de la navigație la telecomunicații. Sunt incredibil de fiabile, lipsesc piese mobile și necesită foarte puțină întreținere.

Fotovoltaicele solare sunt deosebit de utile pentru oamenii din țările în curs de dezvoltare, care le folosesc acum pentru iluminat, refrigerare și pomparea apei – mai ales dacă în zone îndepărtate unde alte surse de energie nu sunt disponibile. Mai simplu spus, niciuna dintre aceste aplicații nu este deosebit de potrivită pentru CPV-uri, care au fost rentabile doar pentru instalații mai mari de 100 kW.

Un nou răsărit?

Piața CPV-urilor s-a îmbunătățit ca urmare a dezvoltării la începutul anilor 2000 a CPV-urilor cu mai multe joncțiuni „tandem” de înaltă eficiență, care combină siliciul cu un semiconductor III-V, cum ar fi arseniura de galiu. De fapt, diverse proiecte CPV multi-megawați au fost puse în funcțiune în întreaga lume începând cu 2010 folosind astfel de dispozitive. Sistemele comerciale moderne au eficiențe de până la 42%, iar Agenția Internațională pentru Energie consideră că aceasta ar putea crește la 50% până la mijlocul anilor 2020.

Și totuși, nici aceste CPV-uri superioare nu sunt perfecte, având nevoie de sisteme de urmărire active, astfel încât să fie mereu în fața Soarelui, precum și de răcire specială. Aceasta este multă complexitate suplimentară pentru o eficiență suplimentară. În plus, celulele nu funcționează la fel de bine în condiții cețoase sau poluate, deoarece spectrul nu se potrivește cu celulele „acordate” spectral. Zilele înnorate sunt o altă problemă, deoarece lumina soarelui nu este suficient de concentrată.

Vrei să scazi factura la energie? Încercați aceste celule solare record

Aceste limitări ale sistemelor fotovoltaice cu mai multe joncțiuni reduc puterea lor și au impact asupra economiei cu costurile de capital și facturile de întreținere mai mari. Este greu de văzut cum se pot îmbunătăți panourile solare fotovoltaice, al căror preț a scăzut cu 82% între 2010 și 2019, potrivit Agenția internațională pentru energie regenerabilă.

Scăderea costului PV solar cu panouri plate a fost în mare parte determinată de economiile de scară, dar și guvernul chinez a jucat un rol. Subvenționând puternic industria fotovoltaică solară, unii s-au certat că China a reușit să vândă panouri solare în SUA și Europa pentru mai puțin decât costă fabricarea și expedierea acestora. Cunoscută sub denumirea de „dumping”, practica a alungat concurenții și a permis furnizorilor chinezi să înghesuie piața.

În condițiile în care economia favorizează acum atât de puternic PV solar cu panouri plate, perspectivele pe termen scurt pentru industria CPV s-au estompat. Câteva dintre cele mai mari unități de producție CPV au operațiuni închise, inclusiv cele ale Suncore, Soitec, Amonix și SolFocus. Fotovoltaicele solare cu panouri plate, în ciuda faptului că sunt mai puțin eficiente, au câștigat ziua datorită economiei simple.

Totuși, nu totul este pierdut. Poate că o a doua epocă de aur pentru tehnologia concentratoarelor solare este pe cărți folosind energia concentrată pentru a încălzi lichidele, căldura stocată fiind convertită în electricitate atunci când Soarele nu strălucește. Este o posibilitate fascinantă pe care o voi discuta luna viitoare.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/its-all-about-the-money-why-seemingly-great-technological-solutions-can-sometimes-fail/