Все дело в деньгах. Почему, казалось бы, отличные технологические решения иногда терпят неудачу

Когда я был моложе, я верил, что только наука может решить любую технологическую проблему и что любое решение, которое технически является лучшим, победит. Только проработав несколько лет в промышленности, я понял, что экономика, рыночные силы и конкуренция играют одинаково важную (а иногда и большую) роль. Я узнал, что технологическое решение, которое может показаться превосходным на бумаге, может быть остановлено практическими трудностями и недостатком времени.

Поэтому для любого, кто разрабатывает новую технологию, важно устанавливать точки обзора проектов, постоянно оценивать рынок и конкуренцию и регулярно беспристрастно и взвешенно проверять готовность своей технологии. Я могу вспомнить десятки технологий, которые не оправдали ожиданий. Но здесь я собираюсь исследовать «солнечные концентраторы» фотогальваники (CPV) — устройства, которые генерируют электричество с помощью линз или изогнутых зеркал для сфокусировать солнечный свет на крошечных солнечных элементах.

Я вспомнил эту тему, когда пишу о самом эффективном солнечном элементе в мире, который был разработан в 2019 году в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США. Это устройство CPV имеет рекордную эффективность 47.1% при освещении 143 солнцами. На первый взгляд устройство звучит потрясающе, учитывая, что сегодняшние кремниевые фотоэлектрические (PV) плоские панели имеют КПД всего 22%.

Почему фотоэлектрические концентраторы, которые когда-то рекламировались как следующая большая вещь, отошли на второй план?

Конечно, большинство установок CPV выглядят впечатляюще и футуристично, но плоские кремниевые фотоэлектрические панели настолько упали в цене, что попытки развернуть CPV почти прекратились с 2017 года (даже если исследования по ним продолжаются). Не поэтому ли CPV, которые когда-то рекламировались как следующая большая вещь, отошли на второй план?

Рыночные силы

Исследования CPV начались в середине 1970-х годов после шока от ближневосточного нефтяного эмбарго. (прог. Фотовольт. Рез. заявл. 8 93). Большая часть работы проводилась в Национальной лаборатории Сандия в Нью-Мексико, где первая система состояла из акриловой линзы Френеля, которая фокусировала солнечный свет на кремниевых фотоэлементах. Ячейки охлаждались водой, чтобы они не нагревались и не теряли эффективность; они также использовали систему слежения, поэтому всегда смотрели на Солнце.

Другие компании быстро попробовали свои силы с системами CPV, разработанными всеми, от Motorola и Boeing до GE и RCA. В результате этой ранней работы появилось несколько успешных крупномасштабных демонстрационных проектов, в частности, проект Soleras мощностью 350 кВт в Саудовской Аравии и система Entech мощностью 300 кВт в Остине, штат Техас. Первый работал непрерывно с 1981 года на протяжении более 15 лет и предоставил ценную информацию о практических возможностях и эксплуатационных расходах CPV.

Однако в начале 1980-х работа застопорилась, поскольку острота энергетического кризиса миновала. Поскольку нефти и природного газа оказалось гораздо больше, чем ожидалось, стоимость этих видов топлива резко упала. Поэтому, как только федеральные средства США на CPV стали дефицитными, большинство участников выбыло. Исследования были свернуты, хотя несколько преданных своему делу людей продолжали преследовать мечту.

Было легко списать потерю интереса к CPV на низкие цены на природный газ или отсутствие политической воли. Но самой большой проблемой было то, что системы CPV не продавались. Обычные плоские кремниевые фотоэлектрические панели, напротив, имеют сотни применений, от навигации до телекоммуникаций. Они невероятно надежны, не имеют движущихся частей и требуют минимального обслуживания.

Солнечные фотоэлектрические панели особенно полезны для людей в развивающихся странах, которые теперь используют их для освещения, охлаждения и перекачки воды, особенно в отдаленных районах, где другие источники энергии недоступны. Проще говоря, ни одно из этих приложений не особенно подходит для CPV, которые были экономически эффективными только для установок мощностью более 100 кВт.

Новый рассвет?

Рынок CPV действительно улучшился после разработки в начале 2000-х годов высокоэффективных «тандемных» многопереходных CPV, в которых кремний сочетается с полупроводником III-V типа, таким как арсенид галлия. На самом деле, с 2010 года по всему миру были введены в эксплуатацию различные мультимегаваттные проекты CPV с использованием таких устройств. Современные коммерческие системы имеют КПД до 42%, и Международное энергетическое агентство считает, что к середине 50-х годов этот показатель может вырасти до 2020%.

И все же даже эти превосходные CPV не идеальны, им нужны активные системы слежения, чтобы они всегда были обращены к солнцу, а также специальное охлаждение. Это много дополнительной сложности для дополнительной эффективности. Более того, клетки не так хорошо работают в туманных или загрязненных условиях, потому что спектр не соответствует спектрально «настроенным» ячейкам. Облачные дни — еще одна проблема, потому что солнечный свет недостаточно сконцентрирован.

Хотите сократить свой счет за электроэнергию? Попробуйте эти рекордные солнечные батареи

Эти ограничения многопереходных фотоэлектрических систем снижают их выходную мощность и влияют на экономику за счет более высоких капитальных затрат и счетов за техническое обслуживание. Трудно понять, как они могут улучшить солнечные фотоэлектрические панели, цена которых упала на 82% в период с 2010 по 2019 год. Международное агентство по возобновляемым источникам энергии.

Падение стоимости плоских солнечных фотоэлектрических панелей в основном было вызвано эффектом масштаба, но китайское правительство также сыграло свою роль. В значительной степени субсидируя свою солнечную фотоэлектрическую промышленность, некоторые спорили что Китай смог продавать солнечные панели в США и Европе дешевле, чем их производство и доставка. Эта практика, известная как «демпинг», вытеснила конкурентов и позволила китайским поставщикам монополизировать рынок.

Поскольку экономика сейчас так сильно отдает предпочтение плоским солнечным фотоэлектрическим панелям, краткосрочные перспективы отрасли CPV померкли. Несколько крупнейших производственных предприятий CPV закрыли производство, в том числе Suncore, Soitec, Amonix и SolFocus. Солнечные фотоэлектрические панели с плоскими панелями, несмотря на то, что они менее эффективны, победили из-за простой экономики.

Однако не все потеряно. Возможно, наступает второй золотой век технологии солнечных концентраторов, использующих концентрированную энергию для нагрева жидкостей, а сохраненное тепло преобразуется в электричество, когда Солнце не светит. Это захватывающая возможность, которую я буду обсуждать в следующем месяце.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/its-all-about-the-money-why-seemingly-great-technological-solutions-can-sometimes-fail/