Сонячна фотоелектрична фотоелектрична технологія, що зменшує витрати, може переживати ренесанс, завдяки останнім нововведенням у галузі ефективності американського виробника First Solar. Фото надано First Solar, Inc.
Всередині розповсюдженої одноповерхової офісної будівлі в Бедфорді, штат Массачусетс, у таємній кімнаті, відомій як Зал зростання, майбутнє сонячної енергії готується при температурі понад 2,500 ° F. За зачиненими дверима та спаленими жалюзі, вбудовані на замовлення духові шафи з грандіозними назвами на кшталт «Безстрашні» та «Невмілі» допомагають вдосконалити нову техніку виготовлення кремнієвих пластин - робочих коней сьогоднішніх сонячних батарей. Якщо все піде добре, новий метод може знизити вартість сонячної енергії більш ніж на 20 відсотків у найближчі кілька років.
"Ця скромна пластинка дозволить сонячній енергії бути такою ж дешевою, як вугілля, і різко змінить спосіб споживання енергії", - говорить Франк ван Мерло, генеральний директор 1366 Технології, компанія, що стоїть за новим методом виготовлення вафельних виробів.
Секретні кімнати чи ні, це хвилюючі часи у світі відновлюваної енергії. Завдяки технологічному прогресу та нарощуванню виробництва протягом десятиліття, паритет електромереж - точка, в якій джерела відновлюваної енергії, такі як сонячна і вітряна, коштують стільки ж, скільки електроенергія, отримана від спалювання викопного палива - швидко наближаються. У деяких випадках це вже було досягнуто, а додаткові нововведення, які чекають крил, обіцяють величезні обіцянки щодо того, що витрати на рух ще нижчі, що призвело до абсолютно нової ери для відновлюваних джерел енергії.
Сонячний сюрприз
У січні 2015 року компанія Саудівської Аравії Потужність ACWA здивували аналітиків галузі, коли вона виграла заявку на будівництво в Дубаї сонячної електростанції потужністю 200 мегават, яка зможе виробляти електроенергію для 6 центів за кіловат-годину. Ціна була меншою, ніж вартість електроенергії від природного газу або вугільних електростанцій, спочатку для сонячної установки. За даними американського енергетичного інформаційного агентства, електроенергія з нових установок для природного газу та вугілля коштуватиме приблизно 6.4 копійки та 9.6 копійок за кіловат-годину відповідно.
Технологічний прогрес, включаючи фотоелектричні електролітики, які можуть перетворити більші відсотки сонячного світла в енергію, зробили сонячні панелі більш ефективними. У той же час економія від масштабу знизила свої витрати.
Протягом більшої частини початку 2000-х ціна сонячної панелі чи модуля коливалась близько 4 доларів за ват. У той час Мартін Грін, один з провідних дослідників фотоелектричних технологій у світі, розраховував вартість кожного компонента, включаючи злитки полікристалічного кремнію, що використовуються для виготовлення кремнієвих пластин, захисне скло на зовнішній стороні модуля та срібло, яке використовується в проводці модуля . Зелений чудово заявив, що поки ми покладаємось на кристалічний кремній для сонячної енергії, ціна, ймовірно, ніколи не опуститься нижче $ 1 / ват.
"Тут є десята частина відсотка від підвищення ефективності, а зниження витрат там зросли, щоб зробити сонячну дуже конкурентоспроможною". - Марк Баріно. Майбутнє, Грін та майже всі інші в цій галузі, вважали, було з тонкими плівками, сонячними модулями які покладалися на інші матеріали, ніж кремній, які потребували частки сировини.
Потім, з 2007 по 2014 рік, ціни на кристалічні модулі кремнію знизився з 4 доларів за ватт до 0.50 долара за ват, все, крім закінчення розвитку тонких плівок.
Драматичне зниження вартості відбулося через велику кількість приростаючих прибутків, каже Марк Баріно, сонячний аналітик з Люкс дослідження. Фактори включають новий, недорогий процес виготовлення полікристалічного кремнію; тонші кремнієві пластини; тонші дроти на передній панелі модуля, які блокують менше сонячного світла та використовують менше срібла; менш дорогий пластик замість скла; і більша автоматизація у виробництві.
"Тут є десята частина відсотка від підвищення ефективності та зниження витрат, які зробили, щоб зробити сонячну дуже конкурентоспроможною", - говорить Баріно.
25 центів за ватт
"Отримання нижче $ 1 [за ват] перевершило мої очікування", - говорить Грін. "Але зараз, я думаю, це може стати ще нижчим".
Одним з імовірних кандидатів отримати його є новий метод виготовлення вафель 1366. Кремнієві пластини за сонячними панелями сьогодні вирізані з великих злитків полікристалічного кремнію. Процес є надзвичайно неефективним, перетворюючи на половину початкового злитка в тирсу. 1366 застосовує інший підхід, розплавляючи кремній у спеціально побудованих печах і переробляючи його на тонкі пластини за менше половини вартості за вафлю або на 20 відсотків зниження загальної вартості кристалічного модуля кремнію. 1366 сподівається почати серійне виробництво в 2016 році, за словами Ван Мерло.
Тим часом тонкі плівки, колись вважалися майбутнім сонячної енергетики, а потім роздавлені кришталевим кристалічним кремнієм, могли пережити ренесанс. Нещодавна рекордна дешева заявка на сонячну енергію в Дубаї використовує тонкоплівкові сонячні модулі теллуриду кадмію, виготовлені американським виробником Перша сонячна. Компанія не тільки зависла, коли переважна більшість тонкоплівкових компаній складалася, але постійно виробляла деякі найменш дорогі модулі, підвищуючи ефективність роботи своїх сонячних батарей, одночасно збільшуючи виробництво. Зараз компанія каже, що може виробляти сонячні модулі для менше 40 центів за ват і передбачає подальше зниження цін у найближчі роки.
Через десять років ми могли легко бачити, як вартість сонячних модулів падає до 25 центів за ват, або приблизно вдвічі від їх поточної вартості, говорить Грін. Щоб зменшити витрати, крім цього, ефективність перетворення сонячного світла в електроенергію доведеться суттєво підвищити. Для того, щоб потрапити туди, інші напівпровідні матеріали доведеться складати поверх існуючих сонячних батарей, щоб перетворити ширший спектр сонячного світла в електрику.
"Якщо ви можете скласти щось поверх кремнієвої пластини, це буде майже неперевершено", - говорить Грін.
Грін та його колеги встановили рекорд ефективності кристалічного кремнійорганічного сонячного модуля в 22.9 відсотка в 1996 році, що є і сьогодні. Зелений сумнівається, що ефективність тільки кристалічного кремнію коли-небудь буде набагато вище. Однак, укладаючи клітинки, він каже: "небо - це межа".
Питання розміру
Поки сонячна енергія тільки починає досягати паритету сітки, енергія вітру вже є. У 2014 році середня у світі ціна на енергію вітру на березі моря була такою ж, як електроенергія з природного газу, За даними Bloomberg New Energy Finance.
Як і у випадку із сонячною енергією, кредит йде на технологічний прогрес і збільшення обсягу. Однак для вітру, інновації, головним чином, були питаннями розміру. З 1981 по 2015 рр. Середня довжина клинка ротора вітрогенератора збільшився більш ніж у шість разів, від 9 метрів до 60 метрів, як і вартість енергії вітру впала в 10 разів.
"Збільшення розміру ротора означає, що ви забираєте більше енергії, і це єдиний найбільш імпортний драйвер для зменшення витрат на енергію вітру", - говорить Д. Тодд Гріффіт Національна лабораторія Сандия в Альбукерке, Нью-Мексико.
Нещодавно Гріффіт керував будівництвом та випробуванням декількох прототипів на 100 метрів у Санді. Коли проект розпочався в 2009 році, найбільші клинки в комерційній експлуатації були завдовжки 60 метрів. Гріффіт та його колеги хотіли побачити, наскільки вони можуть підштовхнути тенденцію до постійно зростаючих лез, перш ніж натрапити на обмеження дизайну та матеріалів.
"Я повністю розраховую побачити леза на 100 метрів і далі". - Д. Тодд Гріффіт. Першим прототипом було лезо з цільного склопластику, яке використовувало подібні конструкції та матеріали, як ті, які були знайдені у порівняно менших комерційних лезах на той час. У результаті вийшло надзвичайно важке 126-тонне лезо, яке було таким тонким і довгим, що було сприйнятливим до вібрації при сильному вітрі та гравітаційному напруженні.
Група зробила два наступні прототипи, використовуючи міцніші, легші вуглецеві волокна та форму леза, які були плоскою спиною замість гострих країв. Отримане 100-метрове лезо було на 60 відсотків легше, ніж їх початковий прототип
З початку проекту в 2009 році найбільші лопатки, використовувані в комерційних офшорних вітрових турбінах, виросли з 60 метрів до приблизно 80 метрів з більш крупними комерційними прототипами, які зараз розробляються. "Я повністю розраховую побачити ножі на 100 метрів і далі", - говорить Гріффіт.
У міру того, як леза зростають довше, вежі, які їх піднімають, стають все вище, щоб ловити більш стійкий, швидкісний вітер. Оскільки вежі зростають, транспортні витрати зростають все дорожче. Щоб протистояти зрослим витратам GE нещодавно дебютувала "космічна рама" башта, сталева гратчаста вежа, загорнута в тканину. Нові вежі використовують приблизно на 30 відсотків менше сталі, ніж звичайні трубопровідні вежі тієї ж висоти, і їх можна доставити повністю в контейнерах стандартного розміру для складання на місці. Нещодавно компанія отримала 3.7 мільйона доларів США від Міністерства енергетики США на розробку подібних лопатей космічної рами.
Офшорні інновації
Як і кристалічні кремнієві сонячні батареї, однак, існуюча технологія вітру в кінцевому підсумку може протистояти обмеженням матеріалів. Ще одна інновація на горизонті для вітру пов'язана замість місця розташування. Вітроелектростанції рухаються за океаном в пошуках більших вітрових ресурсів та менших конфліктів із землекористуванням. Чим далі вони виходять на берег, тим глибше води, що робить сучасний метод кріплення турбін до морського дна непомітно дорогим. Якщо галузь замість цього перейде до плавучих опорних конструкцій, сьогоднішня потужна конструкція вітрогенераторів, напевно, виявиться занадто громіздкою.
Одним з потенційних рішень є турбіна з вертикальною віссю, така, де головний вал ротора встановлений вертикально, немов горизонтально, як звичайна вітрогенератор. Генератор для такої турбіни міг би бути розміщений на рівні моря, надаючи пристрою значно нижчий центр ваги.
"Є дуже хороший шанс, що якась інша технологія турбін, дуже добре вертикальна вісь, виявиться найвигіднішою у глибокій воді", - говорить Гріффіт.
Минуле десятиліття дало неабиякі нововведення у галузі сонячної та вітрової технології, що призвело до підвищення ефективності та витрат, які в деяких випадках перевищували найбільш оптимістичні очікування. Що принесе наступне десятиліття, залишається незрозумілим, але якщо історія є будь-яким керівництвом, майбутнє відновлюваних джерел енергії виглядає надзвичайно позитивно. 
Ця стаття спочатку з'явилася на Ensia
про автора
Філ Маккенна - незалежний письменник, зацікавлений у зближенні захоплюючих людей та інтригуючих ідей. Він в першу чергу пише про енергію та навколишнє середовище з акцентом на людей, які стоять за новинами. Його роботи з'являються в повне г, повне г,, показали, від, номер, XNUMX New York Times, Smithsonian, WIRED, Audubon, New Scientist, Technology Review, МАТЕРА та NOVA, де він є редактором.
