Вся справа в грошах. Чому, здавалося б, чудові технологічні рішення іноді можуть зазнати невдачі

Коли я був молодшим, я вірив, що тільки наука може вирішити будь-яку технологічну проблему – і те, що технічно найкраще рішення, переможе. Лише провівши кілька років у промисловості, я зрозумів, що економіка, ринкові сили та конкуренція відіграють однаково важливу (і іноді більшу) роль. Технологічне рішення, яке може здаватися чудовим на папері, як я зрозумів, може бути загальмовано практичними труднощами та невдалим часом.

Тому для кожного, хто розробляє нові технології, важливо встановлювати точки для перегляду проектів, постійно оцінювати ринок і конкуренцію, а також регулярно дивитися на готовність вашої технології безпристрасним і збалансованим способом. Я можу згадати десятки технологій, які не спрацювали, як планувалося. Але тут я збираюся досліджувати фотоелектричні пристрої «сонячного концентратора» (CPV) – пристрої, які генерують електроенергію за допомогою лінз або кривих дзеркал для фокусувати сонячне світло на крихітних сонячних елементах.

Я нагадав про цю тему в той час пишучи про найефективнішу в світі сонячну батарею, який був розроблений у 2019 році в Національній лабораторії відновлюваної енергії США. Це пристрій CPV і має рекордну ефективність 47.1% при освітленні 143 сонцями. На перший погляд пристрій звучить приголомшливо, враховуючи, що сучасні кремнієві фотоелектричні (PV) плоскі панелі мають ефективність лише 22%.

Чому фотоелектричні концентратори, які колись рекламувалися як наступна велика річ, відійшли на другий план?

Звичайно, більшість інсталяцій CPV виглядають вражаюче та футуристично, але кремнієві фотоелектричні панелі з плоскими панелями впали в ціні настільки, що спроби розгорнути CPV майже припинилися з 2017 року (навіть якщо дослідження щодо них тривають). Чи тому CPV, які колись рекламувалися як наступна велика річ, відійшли на другий план?

Ринкові сили

Дослідження CPV почалися в середині 1970-х років після шоку від нафтового ембарго на Близькому Сході (Прог. Фотовольт. рез. апл. 8 93). Основна робота проводилася в Національних лабораторіях Сандіа в Нью-Мексико, де перша система складалася з акрилової лінзи Френеля, яка фокусувала сонячне світло на кремнієві фотоелектричні елементи. Клітини охолоджували водою, щоб запобігти їх нагріванню та втраті ефективності; вони також використовували систему стеження, щоб завжди дивитися на Сонце.

Інші компанії швидко спробували свої сили, створивши системи CPV, розроблені всіма: від Motorola та Boeing до GE та RCA. Кілька успішних великомасштабних демонстраційних проектів виникли в результаті цієї ранньої роботи, зокрема проект Soleras потужністю 350 кВт у Саудівській Аравії та система Entech потужністю 300 кВт в Остіні, штат Техас. Перший тривав безперервно з 1981 року протягом понад 15 років і надав цінну інформацію про практичність і експлуатаційні витрати CPV.

Однак на початку 1980-х років робота зупинилася, оскільки гострота енергетичної кризи минула. Оскільки нафти та природного газу виявилося набагато більше, ніж очікувалося, вартість цих видів палива різко впала. Тож коли федеральні кошти США на CPV стали дефіцитними, більшість учасників вибули. Дослідження було скорочено, хоча кілька відданих продовжували йти до мрії.

У втраті інтересу до CPV було легко звинуватити низькі ціни на природний газ або відсутність політичної волі. Але найбільшою проблемою було те, що системи CPV не продавалися. Звичайні плоскі кремнієві фотоелектричні панелі, навпаки, мають сотні застосувань, від навігації до телекомунікацій. Вони неймовірно надійні, не мають рухомих частин і не потребують технічного обслуговування.

Сонячні фотоелектричні установки особливо корисні для людей у ​​країнах, що розвиваються, які зараз використовують їх для освітлення, охолодження та перекачування води, особливо у віддалених районах, де немає інших джерел енергії. Простіше кажучи, жодна з цих програм особливо не підходить для CPV, які були економічно ефективними лише для установок потужністю понад 100 кВт.

Новий світанок?

Ринок CPV справді покращився після розробки на початку 2000-х років високоефективних «тандемних» багатоперехідних CPV, які поєднують кремній з напівпровідником III-V, таким як арсенід галію. Насправді, з 2010 року в усьому світі були введені в експлуатацію різні багатомегаватні проекти CPV з використанням таких пристроїв. Сучасні комерційні системи мають ККД до 42%, а Міжнародне енергетичне агентство вважає, що до середини 50-х років цей показник може зрости до 2020%.

І все ж навіть ці чудові CPV не ідеальні, потребують активних систем відстеження, щоб вони завжди були спрямовані до Сонця, а також спеціального охолодження. Це багато додаткових складнощів для додаткової ефективності. Більше того, клітини не працюють добре в туманних або забруднених умовах, оскільки спектр не відповідає спектрально «налаштованим» клітинам. Похмурі дні є ще однією проблемою, оскільки сонячне світло недостатньо концентроване.

Хочете скоротити свій рахунок за електроенергію? Спробуйте ці рекордні сонячні батареї

Ці обмеження багатокомпонентних фотоелектричних систем зменшують їх вихідну потужність і впливають на економіку через вищі капітальні витрати та рахунки за обслуговування. Важко зрозуміти, як вони можуть покращити сонячні фотоелектричні панелі, ціна на які впала на 82% між 2010 і 2019 роками, згідно з даними Міжнародне агентство з відновлювальної енергетики.

Падіння вартості сонячних панелей з плоскими панелями здебільшого було зумовлене ефектом масштабу, але уряд Китаю також зіграв свою роль. Значно субсидуючи свою сонячну фотоелектричну галузь, деякі сперечалися що Китай зміг продавати сонячні панелі в США та Європі дешевше, ніж коштує їх виробництво та доставка. Така практика, відома як «демпінг», витіснила конкурентів і дозволила китайським постачальникам захопити ринок.

У зв’язку з тим, що економіка зараз так сильно віддає перевагу сонячним фотоелектричним панелям з плоскими панелями, найближча перспектива для галузі CPV зникла. Декілька найбільших виробничих потужностей CPV припинили свою діяльність, зокрема Suncore, Soitec, Amonix і SolFocus. Незважаючи на те, що сонячні фотоелектричні панелі з плоскими панелями є менш ефективними, вони виграли день завдяки простій економіці.

Проте ще не все втрачено. Можливо, наближається друга золота ера технології сонячних концентраторів, яка використовує концентровану енергію для підігріву рідин, а накопичене тепло перетворюється на електрику, коли сонце не світить. Це захоплююча можливість, яку я обговорю наступного місяця.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/its-all-about-the-money-why-seemingly-great-technological-solutions-can-sometimes-fail/