Liệu một loại pin mặt trời mới với hiệu suất phá kỷ lục 30.1% có thể biến đổi tiềm năng thương mại của các tấm pin mặt trời hay không? James Mckenzie
Các tấm pin mặt trời đã tồn tại hàng thập kỷ - trên thực tế, chúng hiện là một tầm nhìn chung trên các ngôi nhà ngay cả ở các quốc gia có nhiều mây và tối ở Bắc Âu. Rẻ hơn và dễ lắp đặt hơn bao giờ hết, câu hỏi đặt ra là tại sao các tấm pin mặt trời không được trang bị cho từng ngôi nhà? Chủ yếu là giảm chi phí. Người tiêu dùng chỉ đơn giản muốn thu hồi vốn đầu tư nhanh chóng.
Đã làm việc trong lĩnh vực đi-ốt phát quang (LED) trong nhiều năm, tôi nhớ mình đã khó khăn như thế nào để thuyết phục mọi người mua thứ gì đó – đèn LED – đắt hơn đèn dây tóc kiểu cũ. Tại sao phải tiêu tiền khi bạn không nhận được bất kỳ khoản hoàn vốn nào trong 10 năm hoặc lâu hơn? Những bóng đèn kiểu mới phù hợp với những chiến binh sinh thái có đầu óc xanh nhưng không phù hợp với những người chơi cá cược bình thường.
May mắn thay, hiệu quả, chi phí và chất lượng của đèn LED được cải thiện và người tiêu dùng bắt đầu nhận ra rằng đèn LED sẽ tồn tại đủ lâu để thu lại chi phí ban đầu. Khi thời gian hoàn vốn giảm xuống dưới năm năm, mọi thứ thực sự bắt đầu vận động. Trên thực tế, đèn LED chiếu sáng ngày nay có thể cung cấp hơn 100 lumen trên mỗi watt (gấp đôi so với các sản phẩm cao cấp), nghĩa là chúng là lựa chọn thiết thực duy nhất – hoàn vốn sau vài tháng.
Chọn lọc lệnh cấm Tất nhiên, các nguồn sáng không hiệu quả đã giúp ích, nhưng đèn LED đã thành công nhờ tiến bộ kỹ thuật cùng với quy mô kinh tế. Vì vậy, điều tương tự sắp xảy ra với các tấm pin mặt trời? Tại Vương quốc Anh, chính phủ đã bắt đầu mọi thứ vào năm 2010 với thức ăn trong thuế quan (FiT). Bất kỳ ai đưa điện do các tấm pin mặt trời tạo ra vào lưới điện đều được thưởng 41.3 p/kWh (pence mỗi kilowatt giờ) – vào thời điểm điện khoảng 10 p/kWh. Thuế quan khiến nhiều người lắp đặt các tấm quang điện mặt trời (PV), với các cài đặt tăng từ 140,000 trong năm 2011 lên 1.2 triệu vào cuối năm ngoái.
tăng hiệu quả
Trở lại năm 2010, các tấm pin mặt trời thương mại dựa trên silicon với hiệu suất thường là 15%. Nếu bạn mua chúng từ một nhà sản xuất có uy tín, một số tấm pin có thể tồn tại hàng chục năm, đủ lâu để thu hồi vốn đầu tư. Nhưng như một báo cáo năm 2020 từ Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế được tìm thấy, chi phí của năng lượng mặt trời trên toàn cầu đã giảm 82% từ năm 2010 đến năm 2019, với hiệu suất của bảng điều khiển hiện là gần 22%.
Trên thực tế, tất cả các năng lượng tái tạo đã giảm giá, bao gồm cả năng lượng gió trên bờ và ngoài khơi cũng như năng lượng mặt trời tập trung, trong đó năng lượng mặt trời giảm 13% chỉ riêng trong năm 2019 xuống chỉ còn hơn 5 p/kWh. Bất chấp những biến động đối với ngành năng lượng mặt trời của Vương quốc Anh sau kết thúc biểu giá FiT năm 2017-2018, Vương quốc Anh có khả năng lắp đặt hơn 1 GW điện mặt trời vào cuối năm 2022 theo nhà vật lý Finlay Colville, trưởng bộ phận nghiên cứu thị trường tại phương tiện năng lượng mặt trời.
Ngoài ra, các dấu hiệu cho thấy Vương quốc Anh có thể lắp đặt tổng cộng 40 GW điện mặt trời vào năm 2030 trên mái nhà và văn phòng cũng như trong các mảng năng lượng mặt trời gắn trên mặt đất. Đầu năm nay như là một phần của nó Kế hoạch An ninh Năng lượng, chính phủ Vương quốc Anh cũng sẽ tìm cách tăng 14 GW công suất năng lượng mặt trời hiện tại của Vương quốc Anh, theo ước tính có thể tăng gấp 2035 lần vào năm XNUMX.
Chi phí là chìa khóa. Kỷ lục thế giới về hiệu suất pin mặt trời hiện tại là 47.1%, đạt được vào năm 2019 bởi đội ngũ nhân viên tại Mỹ Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia, người đã chế tạo sáu tế bào năng lượng mặt trời tập trung mối nối bằng các vật liệu khác nhau dưới sự chiếu sáng của 143 Mặt trời. Không có pin mặt trời nào có thể tiết kiệm chi phí như silicon cũ tốt, nhưng một tấm pin mặt trời “song song” mới, được công bố tại Hội nghị thế giới về chuyển đổi năng lượng quang điện ở Milan, có thể thay đổi cuộc chơi, có hiệu suất 30.1% chỉ dưới một lần chiếu sáng của Mặt trời.
Tế bào mới có thể thay đổi cuộc chơi, có hiệu suất 30.1% chỉ dưới một lần chiếu sáng của Mặt trời
Được phát triển bởi một nhóm từ các trường đại học và học viện khác nhau ở Hà Lan, tế bào này kết hợp một tế bào silicon thông thường với một tế bào làm từ perovskite, cho phép nó khai thác một phần lớn hơn quang phổ mặt trời. Đó là vì phần silicon hoạt động tốt với ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại, trong khi phần perovskite hoạt động tốt hơn với tia cực tím và ánh sáng nhìn thấy. Perovskite cũng cho phép hơn 93% ánh sáng cận hồng ngoại đến được tế bào silicon.
Nhiều nhóm trên khắp thế giới đang làm việc trên các tế bào song song, bao gồm cả công ty của Vương quốc Anh PV Oxford. Bằng cách phủ một tế bào silicon thông thường bằng một màng perovskite mỏng, nó có đạt hiệu suất 29.52% vào năm 2020, công ty cho biết vật liệu perovskite tổng hợp của họ có giá cả phải chăng và bền vững. Với một nhà máy đã được xây dựng, Oxford PV dự định là công ty đầu tiên bán những pin mặt trời thế hệ tiếp theo. Các sản phẩm ban đầu, được thiết kế cho mái nhà dân cư, sẽ tạo ra thêm 20% điện năng từ cùng số lượng tế bào.
tương lai đầy nắng
Năng lượng mặt trời có rất nhiều tiềm năng, với 87% các quốc gia trên thế giới có thể tự cung cấp năng lượng cho mình bằng cách sử dụng ít hơn 5% diện tích đất của họ. Như Elon Musk đã chỉ ra, Hoa Kỳ có thể thực hiện công việc chỉ với vài trăm km tấm pin mặt trời ở một góc nhỏ của Utah. Nhưng Vương quốc Anh không phải là một trong những quốc gia may mắn đó: 12.5% dân số cả nước sẽ phải được bao phủ bởi các tấm pin mặt trời để tự cung cấp năng lượng. Đó là rất nhiều vì chỉ có 6% đất nước được xây dựng trên đó.
Do đó, điện mặt trời sẽ là một phần của hỗn hợp nhưng không phải là toàn bộ giải pháp. Chúng ta cần nâng cao hiệu quả của pin mặt trời trong khi vẫn tiết kiệm chi phí sản xuất, bộ biến tần và chi phí lắp đặt để thực sự khuyến khích việc sử dụng. Một ngôi nhà bốn người trung bình ở Anh hiện cần khoảng 16 tấm pin mặt trời hoạt động với hiệu suất khoảng 20% để tự cung cấp năng lượng. Với mức độ ánh sáng mặt trời thấp ở Vương quốc Anh, nguyên tắc chung cho đến gần đây là phải mất 11–14 năm để các tấm pin mặt trời tự trả tiền.
Nhưng theo một số ước tính, thời gian hoàn vốn cho các tấm pin mặt trời hiện chỉ còn bốn năm và những cải tiến tiếp theo có thể rút ngắn thời gian đó hơn nữa. Với giá năng lượng tăng chóng mặt và cuộc khủng hoảng chi phí sinh hoạt, có vẻ như thời điểm của điện mặt trời cuối cùng đã đến.
