Tất cả đều là vì tiền. Tại sao các giải pháp công nghệ dường như tuyệt vời đôi khi có thể thất bại

Tất cả đều là vì tiền. Tại sao các giải pháp công nghệ dường như tuyệt vời đôi khi có thể thất bại

Dấu thời gian: ngày 6 tháng 2023 năm 7 30:XNUMX sáng

Tại sao một số công nghệ thành công và những công nghệ khác thất bại? Đôi khi tất cả là do kinh tế, nói James McKenzie

Pin mặt trời phẳng ở Affrica
Những thứ phù hợp Pin mặt trời tấm phẳng không hiệu quả bằng quang điện tập trung năng lượng mặt trời (CPV) nhưng chúng đã chiến thắng nhờ giá rẻ, dễ bảo trì và có nhiều ứng dụng. (Được phép: Shutterstock/ingehogenbijl)

Khi còn trẻ, tôi từng tin rằng chỉ riêng khoa học có thể giải quyết mọi thách thức về công nghệ – và rằng bất kỳ giải pháp nào tốt nhất về mặt kỹ thuật sẽ chiến thắng. Chỉ sau vài năm làm việc trong ngành, tôi mới nhận ra kinh tế học, các lực lượng thị trường và cạnh tranh đóng vai trò quan trọng như nhau (và đôi khi lớn hơn) như thế nào. Tôi đã học được rằng một giải pháp công nghệ có vẻ xuất sắc trên giấy tờ có thể bị kéo xuống bởi những khó khăn thực tế và thời gian không phù hợp.

Do đó, đối với bất kỳ ai đang phát triển công nghệ mới, điều quan trọng là phải đặt ra các điểm đánh giá cho các dự án, liên tục đánh giá thị trường và sự cạnh tranh, đồng thời thường xuyên xem xét mức độ sẵn sàng của công nghệ của bạn một cách khách quan và cân bằng. Tôi có thể nghĩ ra hàng chục công nghệ không phát triển như dự định. Nhưng ở đây tôi sẽ khám phá quang điện “bộ tập trung năng lượng mặt trời” (CPV) – thiết bị tạo ra điện sử dụng thấu kính hoặc gương cong để tập trung ánh sáng mặt trời vào các tế bào năng lượng mặt trời nhỏ.

Tôi đã được nhắc nhở về chủ đề này trong khi viết về pin mặt trời hiệu quả nhất thế giới, được phát triển vào năm 2019 tại Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia Hoa Kỳ. Nó là một thiết bị CPV và có hiệu suất phá kỷ lục 47.1% khi được chiếu sáng bởi 143 mặt trời. Nhìn bề ngoài, thiết bị này nghe có vẻ tuyệt vời vì các tấm phẳng quang điện silicon (PV) ngày nay có hiệu suất chỉ 22%.

Tại sao quang điện tập trung, thứ từng được quảng cáo là thứ lớn tiếp theo, lại bị bỏ rơi?

Chắc chắn, hầu hết các cài đặt CPV trông ấn tượng và tương lai, nhưng các PV silicon màn hình phẳng đã giảm giá rất nhiều đến nỗi nỗ lực triển khai CPV gần như bị đình trệ kể từ năm 2017 (ngay cả khi nghiên cứu về chúng vẫn tiếp tục). Đây có phải là lý do tại sao CPV, từng được quảng cáo là thứ lớn tiếp theo, đã bị bỏ rơi?

Lực lượng thị trường

Nghiên cứu về CPV bắt đầu vào giữa những năm 1970 sau cú sốc về lệnh cấm vận dầu mỏ ở Trung Đông (Ăn xin. Quang điện. Res. Appl. 8 93). Hầu hết công việc diễn ra tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia ở New Mexico, với hệ thống đầu tiên bao gồm một thấu kính Fresnel acrylic tập trung ánh sáng mặt trời vào các tế bào quang điện silicon. Các tế bào được làm mát bằng nước để ngăn chúng nóng lên và giảm hiệu quả; họ cũng sử dụng một hệ thống theo dõi để họ luôn đối mặt với Mặt trời.

Các công ty khác nhanh chóng thử sức với các hệ thống CPV được phát triển bởi tất cả mọi người từ Motorola và Boeing đến GE và RCA. Một số dự án trình diễn quy mô lớn thành công đã xuất hiện từ công việc ban đầu này, đáng chú ý là Dự án Soleras 350 kW ở Ả Rập Saudi và hệ thống Entech 300 kW ở Austin, Texas. Phiên bản trước đã chạy liên tục từ năm 1981 trong hơn 15 năm và cung cấp những hiểu biết có giá trị về tính thực tiễn và chi phí vận hành của CPV.

Tuy nhiên, vào đầu những năm 1980, công việc bị đình trệ khi sự khẩn cấp của cuộc khủng hoảng năng lượng qua đi. Với dầu mỏ và khí đốt tự nhiên dồi dào hơn nhiều so với dự kiến, chi phí của những nhiên liệu này giảm mạnh. Vì vậy, một khi các quỹ liên bang của Hoa Kỳ dành cho CPV trở nên khan hiếm, hầu hết những người tham gia đã bỏ cuộc. Nghiên cứu đã được thu nhỏ lại, mặc dù một số ít tận tâm vẫn tiếp tục theo đuổi giấc mơ.

Người ta dễ dàng đổ lỗi cho việc mất hứng thú với CPV là do giá khí đốt tự nhiên thấp hoặc thiếu ý chí chính trị. Nhưng vấn đề lớn nhất là hệ thống CPV không bán được. Ngược lại, các tấm pin mặt trời silicon phẳng, thông thường có hàng trăm ứng dụng, từ điều hướng đến viễn thông. Chúng cực kỳ đáng tin cậy, thiếu các bộ phận chuyển động và cần rất ít bảo trì.

Các tấm pin năng lượng mặt trời đặc biệt hữu ích cho người dân ở các quốc gia đang phát triển, những người hiện đang sử dụng chúng để chiếu sáng, làm lạnh và bơm nước – đặc biệt nếu ở những vùng sâu vùng xa nơi không có sẵn các nguồn năng lượng khác. Nói một cách đơn giản, không có ứng dụng nào trong số này đặc biệt phù hợp với CPV, vốn chỉ hiệu quả về mặt chi phí đối với các cài đặt lớn hơn 100 kW.

Một bình minh mới?

Thị trường CPV đã được cải thiện sau sự phát triển vào đầu những năm 2000 của CPV đa tiếp giáp “song song” hiệu quả cao, kết hợp silicon với chất bán dẫn III-V như gali arsenua. Trên thực tế, nhiều dự án CPV nhiều megawatt đã được đưa vào vận hành trên khắp thế giới kể từ năm 2010 bằng cách sử dụng các thiết bị như vậy. Các hệ thống thương mại hiện đại có hiệu suất lên tới 42% và Cơ quan Năng lượng Quốc tế cho rằng hiệu suất này có thể tăng lên 50% vào giữa những năm 2020.

Và ngay cả những CPV ưu việt này cũng không hoàn hảo, cần hệ thống theo dõi tích cực để chúng luôn hướng về phía Mặt trời cũng như khả năng làm mát đặc biệt. Đó là rất nhiều sự phức tạp bổ sung cho hiệu quả bổ sung. Hơn nữa, các tế bào không hoạt động tốt trong điều kiện mờ hoặc ô nhiễm vì quang phổ không khớp với các tế bào được “điều chỉnh” về mặt quang phổ. Những ngày nhiều mây là một vấn đề khác vì ánh sáng mặt trời không đủ tập trung.

Những hạn chế này của các hệ thống PV đa điểm làm giảm sản lượng điện của chúng và tác động đến kinh tế với chi phí vốn và hóa đơn bảo trì cao hơn. Thật khó để biết làm thế nào họ có thể cải thiện các tấm pin mặt trời, giá của chúng đã giảm 82% từ năm 2010 đến 2019, theo Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế.

Việc giảm chi phí của pin mặt trời tấm phẳng chủ yếu được thúc đẩy bởi quy mô kinh tế, nhưng chính phủ Trung Quốc cũng đóng một vai trò nào đó. Bằng cách trợ cấp mạnh mẽ cho ngành công nghiệp điện mặt trời của mình, một số đã tranh luận rằng Trung Quốc đã có thể bán các tấm pin mặt trời ở Mỹ và châu Âu với giá thấp hơn chi phí sản xuất và vận chuyển chúng. Được gọi là “bán phá giá”, hoạt động này đã loại bỏ các đối thủ cạnh tranh và cho phép các nhà cung cấp Trung Quốc lũng đoạn thị trường.

Với việc nền kinh tế hiện đang rất ưa chuộng điện mặt trời tấm phẳng, triển vọng ngắn hạn cho ngành CPV đã mờ nhạt. Một số cơ sở sản xuất CPV lớn nhất đã đóng cửa hoạt động bao gồm các cơ sở của Suncore, Soitec, Amonix và SolFocus. Các tấm pin mặt trời tấm phẳng, mặc dù kém hiệu quả hơn, nhưng đã giành được ưu thế nhờ tính kinh tế đơn giản.

Tuy nhiên, tất cả là không bị mất. Có lẽ thời kỳ hoàng kim thứ hai của công nghệ tập trung năng lượng mặt trời là trên các tấm thẻ sử dụng năng lượng tập trung để làm nóng chất lỏng, với nhiệt lượng được lưu trữ được chuyển thành điện năng khi Mặt trời không chiếu sáng. Đó là một khả năng hấp dẫn mà tôi sẽ thảo luận vào tháng tới.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý