Ali bi lahko nova sončna celica z rekordno učinkovitostjo 30.1 % spremenila komercialni potencial sončnih kolektorjev, se sprašuje James Mckenzie
Sončni kolektorji obstajajo že desetletja – pravzaprav so zdaj pogost pogled na hišah celo v pretežno oblačnih in temnih državah severne Evrope. Cenejši in enostavnejši za namestitev kot kdaj koli prej, vprašanje je, zakaj sončni kolektorji niso nameščeni v vsaki hiši? Večinoma gre za stroške. Potrošniki preprosto želijo hitro povrnitev naložbe.
Ker sem dolga leta delal v sektorju svetlečih diod (LED), se spomnim, kako težko je bilo ljudi prepričati, da kupijo nekaj – LED-razsvetljavo –, ki stane več kot staromodna žarnica z žarilno nitko. Zakaj bi trošili denar, ko pa ne bi dobili povračila 10 let ali več? Novodobne žarnice so bile primerne za zeleno misleče eko bojevnike, ne pa tudi za navadne igralce.
Na srečo so se učinkovitost, stroški in kakovost LED diod izboljšali in potrošniki so se začeli zavedati, da bo LED osvetlitev preživela dovolj dolgo, da bo povrnila začetne stroške. Ko so se časi vračila znižali pod pet let, so se stvari resnično začele premikati. Dejansko lahko današnja LED razsvetljava zagotovi več kot 100 lumnov na vat (dvakrat več kot pri vrhunskih izdelkih), kar pomeni, da so edina praktična izbira – z povračilom v mesecih.
Selektivna prepovedi neučinkovitih svetlobnih virov je seveda pomagalo, vendar so LED diode uspele zaradi tehničnega napredka skupaj z ekonomijo obsega. Torej se bo isto zgodilo s sončnimi kolektorji? V Združenem kraljestvu je vlada leta 2010 stvari sprožila z odkupne cene (FiTs). Vsakdo, ki je elektriko, proizvedeno s sončnimi kolektorji, dal v omrežje, je prejel plačilo 41.3 p/kWh (peni na kilovatno uro) – v času, ko je elektrika znašala približno 10 p/kWh. Tarife so pripeljale do tega, da je veliko ljudi namestilo sončne fotovoltaične (PV) panele z inštalacijami s 140,000 leta 2011 na 1.2 milijona do konca lanskega leta.
Povečanje učinkovitosti
Leta 2010 so bili komercialni solarni fotonapetostni paneli na osnovi silicija z izkoristkom običajno 15 %. Če bi jih kupili pri uglednem proizvajalcu, bi lahko nekateri paneli zdržali več deset let, kar je dovolj dolgo, da bi se naložba povrnila. Ampak kot poročilo Mednarodne agencije za obnovljivo energijo za leto 2020 Ugotovljeno je bilo, da so se stroški sončne PV med letoma 82 in 2010 globalno znižali za 2019 %, pri čemer je učinkovitost panelov zdaj blizu 22 %.
Pravzaprav vsi obnovljivi viri energije padajo v ceni, vključno z vetrom na kopnem in morju ter koncentrirano sončno energijo, pri čemer je sončna energija padla za 13 % samo v letu 2019 na nekaj več kot 5 p/kWh. Kljub preobratu v solarnem sektorju Združenega kraljestva, ki je sledil konec FiT-jev v letih 2017–2018, bo Združeno kraljestvo po mnenju fizika verjetno do konca leta 1 namestilo več kot 2022 GW sončne PV Finlay Colville, vodja tržnih raziskav pri Solar Media.
Poleg tega znaki kažejo, da bi lahko Združeno kraljestvo do leta 40 imelo skupno 2030 GW solarnih PV nameščenih na strehah domov in pisarn ter v zemeljskih sončnih nizih. V začetku tega leta v okviru svojega Načrt energetske varnosti, si bo vlada Združenega kraljestva prav tako prizadevala povečati trenutnih 14 GW sončne zmogljivosti Združenega kraljestva, kar bi lahko po njenem mnenju do leta 2035 povečati za petkrat.
Stroški so ključni. Svetovni rekord v učinkovitosti sončnih celic je trenutno 47.1 %, kar je leta 2019 doseglo osebje v ZDA Nacionalni laboratorij za obnovljivo energijo, ki je izdelal šest spojnih koncentratorskih sončnih celic iz različnih materialov pod osvetlitvijo 143 Sonc. Nobena sončna celica nikoli ne more biti tako stroškovno učinkovita kot dobri stari silicij, vendar nova "tandemska" sončna celica, predstavljena na nedavnem Svetovna konferenca o pretvorbi fotovoltaične energije v Milanu, bi lahko spremenilo igro, saj ima učinkovitost 30.1 % pri samo eni sončni svetlobi.
Nova celica bi lahko spremenila igro, saj bi imela učinkovitost 30.1% pri samo eni sončni svetlobi
Razvila ga je skupina iz različnih nizozemskih univerz in inštitutov, celica združuje običajno silikonsko celico s celico iz perovskita, kar ji omogoča izkoriščanje večjega dela sončnega spektra. To je zato, ker silikonski del dobro deluje z vidno in infrardečo svetlobo, medtem ko je perovskit boljši z ultravijolično in vidno svetlobo. Perovskit prav tako omogoča, da več kot 93 % bližnje infrardeče svetlobe doseže silicijevo celico.
Številne ekipe po vsem svetu delajo na tandemskih celicah, vključno s podjetjem iz Združenega kraljestva Oxford PV. S prevleko navadne silicijeve celice s tankim perovskitnim filmom ima leta 29.52 dosegel učinkovitost 2020 %, pri čemer podjetje pravi, da je njihov sintetični perovskitni material cenovno dostopen in trajnosten. z že zgrajena tovarna, namerava Oxford PV biti prvo podjetje, ki bo te prodajalo sončne celice naslednje generacije. Začetni izdelki, zasnovani za stanovanjske strehe, bodo ustvarili 20 % več energije iz istega števila celic.
Sončna prihodnost
Sončna energija ima velik potencial, saj se lahko 87 % svetovnih držav oskrbuje z energijo z manj kot 5 % svoje zemlje. Kot je poudaril Elon Musk, bi lahko ZDA opravile delo s samo nekaj sto kilometri sončnih kolektorjev v majhnem kotu Utaha. Toda Združeno kraljestvo ni ena od teh srečnih držav: 12.5 % celotnega naroda bi moralo biti prekrito s sončnimi kolektorji, da bi se napajalo. To je veliko glede na to, da je samo 6% države pozidane.
Sončna PV bo torej del mešanice, ne pa celotna rešitev. Povečati moramo učinkovitost sončnih celic, hkrati pa omejiti proizvodne stroške, pretvornike in stroške namestitve, da bi resnično spodbudili uporabo. Povprečna hiša za štiri osebe v Združenem kraljestvu trenutno potrebuje približno 16 sončnih kolektorjev, ki delujejo z izkoristkom približno 20 %, da se napajajo. Glede na nizke ravni sončne svetlobe v Združenem kraljestvu je do nedavnega veljalo pravilo, da bo trajalo 11–14 let, da se solarni paneli povrnejo.
Toda po nekaterih ocenah se sončni kolektorji zdaj povrnejo le v štirih letih in nadaljnje izboljšave bi lahko ta čas še skrajšale. Z vrtoglavim naraščanjem cen energije in krizo življenjskih stroškov se zdi, da je končno prišel čas za solarno PV.
