Kos-mengurangkan filem teknologi photovoltaic solar nipis boleh mengalami kebangkitan, terima kasih kepada inovasi kecekapan baru-baru ini oleh pengeluar US First Solar. Photo ihsan First Solar, Inc.
Di dalam bangunan pejabat satu tingkat yang luas di Bedford, Mass., Di sebuah bilik rahsia yang dikenali sebagai Hall Growth, masa depan tenaga suria memasak lebih dari 2,500 ° F. Di belakang pintu tertutup dan tirai terbalik, ketuhar yang dibina khas dengan nama bercita-cita tinggi seperti "Takut" dan "Intrepid" membantu untuk menyempurnakan teknik baru untuk membuat wafer silikon, tenaga solar panel hari ini. Sekiranya semuanya berjalan lancar, kaedah baru boleh mengurangkan kos tenaga solar dengan lebih daripada 20 pada beberapa tahun akan datang.
"Ini wafer yang merendahkan akan membolehkan suria menjadi murah seperti arang batu dan secara drastik akan mengubah cara kita menggunakan tenaga," kata Frank van Mierlo, Ketua Pegawai Eksekutif Teknologi 1366, syarikat di sebalik kaedah baru wafer fabrication.
Bilik rahsia atau tidak, ini adalah masa yang menarik di dunia tenaga boleh diperbaharui. Terima kasih kepada kemajuan teknologi dan kemajuan dalam pengeluaran sepanjang dekad, pariti grid - titik di mana sumber tenaga boleh diperbaharui seperti kos solar dan angin sama seperti elektrik yang berasal dari pembakaran bahan api fosil - dengan cepat menghampiri. Dalam beberapa kes, ia telah pun dicapai, dan inovasi tambahan yang menunggu di sayap memegang janji besar untuk kos memandu yang lebih rendah, membawa kepada era baru untuk pembaharuan.
Kejutan Suria
Pada bulan Januari 2015, syarikat Arab Saudi ACWA Power penganalisis industri yang terkejut apabila ia memenangi tawaran untuk membina kilang kuasa solar 200-megawatt di Dubai yang akan dapat menghasilkan elektrik untuk 6 sen setiap kilowatt-jam. Harga adalah kurang daripada kos elektrik dari loji tenaga gas asli atau arang batu, yang pertama untuk pemasangan suria. Elektrik dari gas asli dan loji arang batu baru akan menelan belanja sen 6.4 dan sen 9.6 setiap kilowatt-jam, masing-masing menurut Badan Tenaga Maklumat AS.
Kemajuan teknologi, termasuk fotovolta yang boleh menukar peratusan yang lebih tinggi daripada cahaya matahari kepada tenaga, telah membuat panel solar yang lebih cekap. Pada masa yang sama skala ekonomi telah didorong ke bawah kos mereka.
Untuk sebahagian daripada 2000s awal, harga panel solar atau modul berlegar sekitar $ 4 per watt. Pada masa yang Martin Green, salah satu penyelidik photovoltaic yang terkemuka di dunia, dikira kos setiap komponen, termasuk jongkong polihabluran silikon yang digunakan dalam membuat wafer silikon, kaca pelindung di luar modul, dan perak yang digunakan dalam pendawaian modul . Green terkenal mengisytiharkan bahawa selagi kita bergantung kepada silikon kristal untuk kuasa solar, harga akan mungkin tidak pernah jatuh di bawah $ 1 / watt.
"Terdapat sepersepuluh peratus daripada keuntungan kecekapan di sini dan pengurangan kos di sana yang telah menambahkan untuk menjadikan matahari sangat kompetitif." - Mark Barineau Masa depan, Green dan hampir semua orang lain dalam bidang percaya, adalah dengan filem-filem nipis, modul solar yang bergantung pada bahan selain silikon yang memerlukan sebahagian kecil daripada bahan mentah.
Kemudian, dari 2007 ke 2014, harga modul silikon kristal jatuh dari $ 4 per watt ke $ 0.50 per watt, semua tetapi menamatkan perkembangan filem nipis.
Pengurangan kos dramatik ini datang dari banyak peningkatan keuntungan, kata Mark Barineau, seorang penganalisis solar dengan Penyelidikan Lux. Faktor-faktor termasuk baru, proses kos rendah untuk membuat polihabluran silikon; wafer silikon nipis; wayar nipis di bahagian depan modul yang menghalang kurang cahaya matahari dan menggunakan kurang perak; plastik yang kurang mahal daripada kaca; dan automasi dalam pembuatan.
"Terdapat sepersepuluh peratus daripada keuntungan kecekapan di sini dan pengurangan kos di sana yang telah menambahkan untuk membuat solar sangat kompetitif," kata Barineau.
25 Cents Per Watt
"Mendapatkan di bawah $ 1 [per watt] telah melebihi jangkaan saya," kata Green. "Tapi sekarang, saya fikir ia boleh menjadi lebih rendah."
Seorang calon yang mungkin untuk mendapatkannya ada kaedah baru wafer 1366. Wafel silikon di belakang panel solar hari ini dipotong dari jongkong besar silikon polikristalin. Proses ini sangat tidak cekap, menjadikan separuh daripada ingot awal menjadi habuk papan. 1366 mengambil pendekatan yang berbeza, mencairkan silikon dalam ketuhar yang dibina khas dan membalikkannya menjadi wafer nipis untuk kurang daripada separuh kos setiap wafer atau penurunan 20 peratus dalam kos keseluruhan modul silikon kristal. 1366 berharap dapat memulakan pengeluaran besar-besaran di 2016, menurut van Mierlo.
Sementara itu, filem nipis, pernah dianggap masa depan kuasa solar, kemudian dihancurkan oleh silikon kristal kos rendah, boleh mengalami kebangkitan. The tawaran kos rendah rekod penetapan baru-baru ini untuk tenaga solar di Dubai memanfaatkan filem nipis kadmium Telluride modul solar yang dibuat oleh pengilang AS First Solar. Syarikat itu tidak hanya digantung kerana sebahagian besar syarikat-syarikat filem nipis dilipat, tetapi secara konsisten menghasilkan beberapa modul paling murah dengan meningkatkan kecekapan sel solar mereka sambil meningkatkan pengeluaran. Syarikat kini mengatakan ia boleh mengeluarkan modul solar untuk kurang daripada 40 sen setiap watt dan menjangkakan pengurangan harga selanjutnya dalam tahun-tahun akan datang.
Sepuluh tahun dari sekarang kita dapat dengan mudah melihat kos modul suria jatuh ke sen 25 setiap watt, atau kira-kira separuh daripada kos semasa mereka, kata Green. Untuk mengurangkan kos di luar itu, kecekapan penukaran cahaya matahari ke dalam elektrik perlu meningkat dengan ketara. Untuk sampai ke sana, bahan semikonduktor lain perlu disusun di atas sel solar yang sedia ada untuk menukar spektrum cahaya matahari yang lebih luas ke dalam elektrik.
"Jika anda boleh timbunan sesuatu di atas wafer silikon ia akan menjadi cukup banyak tiada tandingan," kata Green.
Hijau dan rakan sekerja menetapkan rekod kecekapan modul solar silikon kristal pada 22.9 peratus dalam 1996 yang masih dipegang hari ini. Hijau meragui kecekapan silikon kristal sahaja akan semakin tinggi. Walau bagaimanapun, dengan menyusun sel, dia berkata "langit adalah had."
A Matter of Saiz
Manakala kuasa solar baru bermula untuk mencapai pariti grid, tenaga angin sudah ada. Dalam 2014, harga di seluruh dunia purata tenaga angin daratan adalah sama seperti elektrik daripada gas asli, menurut Bloomberg New Energy Finance.
Seperti dengan solar, kredit itu pergi kepada kemajuan teknologi dan peningkatan jumlah. Walau bagaimanapun, untuk angin, inovasi telah menjadi ukuran. Dari 1981 hingga 2015 purata panjang pisau pemutar turbin angin mempunyai meningkat lebih daripada enam kali ganda, dari 9 meter hingga meter 60, kerana kos tenaga angin mempunyai digugurkan oleh faktor 10.
"Meningkatkan saiz pemutar bermakna anda menangkap lebih banyak tenaga, dan itu adalah satu-satunya pemandu yang paling import dalam mengurangkan kos tenaga angin," kata D. Todd Griffith Sandia National Laboratories di Albuquerque, New Mexico.
Griffith baru-baru ini menyelia pembinaan dan ujian daripada beberapa bilah prototaip 100 meter panjang di Sandia. Apabila projek itu bermula pada 2009, bilah terbesar dalam operasi perdagangan secara 60 meter panjang. Griffith dan rakan-rakannya mahu melihat sejauh mana mereka boleh menolak trend yang semakin meningkat bilah sebelum mereka berlari ke dalam reka bentuk dan bahan batasan.
"Saya amat mengharapkan untuk melihat 100 bilah meter dan seterusnya." - D. Todd GriffithTheir prototaip pertama adalah pisau semua-gentian kaca yang digunakan reka bentuk yang sama dan bahan-bahan yang didapati dalam bilah komersial agak kecil pada masa itu. Hasilnya ialah terlampau berat bilah 126-tan yang begitu nipis dan panjang ia mudah terdedah kepada getaran dalam angin kencang dan tekanan graviti.
Kumpulan ini membuat dua prototaip berikutnya menggunakan gentian karbon yang lebih kuat, ringan dan bentuk bilah yang disokong datar dan bukannya tajam. Bilah 100-meter yang terhasil adalah 60 peratus lebih ringan daripada prototaip awal mereka
Sejak projek bermula di 2009, bilah-bilah terbesar yang digunakan dalam turbin angin luar pesisir komersil telah berkembang dari 60 meter hingga kira-kira 80 meter dengan prototaip komersil yang lebih besar yang kini sedang dibangunkan. "Saya mengharapkan untuk melihat bilah meter 100 dan seterusnya," kata Griffith.
Bilah berkembang lagi, menara yang meningkatkan mereka semakin tinggi untuk menangkap lebih konsisten, angin kelajuan yang lebih tinggi. Dan seperti menara menjadi lebih tinggi, kos pengangkutan yang semakin meningkat semakin mahal. Untuk mengatasi peningkatan kos GE baru-baru ini memulakan menara "ruang bingkai", menara kisi keluli yang dibalut kain. Menara baru menggunakan kira-kira 30 kurang keluli daripada menara tiub konvensional yang sama tinggi dan boleh dihantar sepenuhnya dalam bekas penghantaran standard untuk pemasangan di lokasi. Syarikat itu baru-baru ini menerima geran $ 3.7 juta dari Jabatan Tenaga AS untuk membangun bilah bingkai ruang yang serupa.
Inovasi Luar Pesisir
Seperti panel solar silikon kristal, bagaimanapun, teknologi angin yang ada akhirnya akan berlarutan terhadap had bahan. Satu lagi inovasi di ufuk untuk angin adalah berkaitan bukannya ke lokasi. Ladang angin bergerak ke luar pesisir untuk mengejar sumber angin yang lebih besar dan kurang konflik penggunaan tanah. Lebih jauh ke luar pesisir mereka pergi, semakin jauh air, membuat kaedah semasa memasang turbin ke dasar laut dengan harga mahal. Jika industri bergerak bukan untuk struktur sokongan terapung, reka bentuk turbin angin berat sebelah hari ini mungkin akan membuktikan terlalu berat.
Satu penyelesaian yang berpotensi ialah turbin paksi menegak, satu di mana aci rotor utama ditetapkan secara menegak, seperti pusingan bergembira, bukannya secara horizontal seperti turbin angin konvensional. Penjana untuk turbin sedemikian boleh diletakkan di paras laut, memberikan peranti graviti pusat yang jauh lebih rendah.
"Terdapat satu peluang yang sangat baik bahawa beberapa jenis teknologi turbin, paksi menegak yang sangat baik, akan menjadi kos yang paling berkesan di dalam air," kata Griffith.
Dekad yang lalu telah menghasilkan inovasi luar biasa dalam teknologi solar dan angin, membawa peningkatan dalam kecekapan dan kos yang dalam beberapa kes telah melebihi jangkaan yang paling optimistik. Apa dekad yang akan datang tidak akan jelas, tetapi jika sejarah adalah panduan, masa depan pembaharuan kelihatan sangat positif. 
Artikel ini pada asalnya muncul di Ensia
Tentang Pengarang
Phil McKenna adalah seorang penulis lepas yang berminat dalam penumpuan individu yang menarik dan idea-idea menarik. Dia terutamanya menulis tentang tenaga dan alam sekitar dengan tumpuan kepada individu di belakang berita. Karyanya muncul di . New York Times, Smithsonian, WIRED, Audubon, New Scientist, Kajian Teknologi, MATTER dan NOVA, di mana dia adalah editor penyumbang.
