De fleste solcellepaneler som dekker verdens hustak, jorder og ørkener deler i dag den samme ingrediensen: krystallinsk silisium.Materialet, laget av rå polysilisium, er formet til wafere og koblet til solceller, enheter som konverterer sollys til elektrisitet.Nylig har industriens avhengighet av denne unike teknologien blitt noe av et ansvar.Flaskehalser i forsyningskjedenbremser nednye solcelleinstallasjoner over hele verden.Store leverandører av polysilisium i Kinas Xinjiang-region —anklaget for å ha brukt tvangsarbeid fra uigurer– står overfor amerikanske handelssanksjoner.
Heldigvis er krystallinsk silisium ikke det eneste materialet som kan hjelpe til med å utnytte solens energi.I USA jobber forskere og produsenter med å utvide produksjonen av kadmiumtelluride solenergiteknologi.Kadmiumtellurid er en type «tynnfilm»-solcelle, og som navnet antyder, er den mye tynnere enn en tradisjonell silisiumcelle.I dag, paneler som bruker kadmiumtelluridleverer rundt 40 prosentav det amerikanske markedet for verktøyskala, og rundt 5 prosent av det globale solenergimarkedet.Og de kommer til å dra nytte av motvinden den bredere solenergiindustrien møter.
"Det er en veldig flyktig tid, spesielt for den krystallinske silisiumforsyningskjeden generelt," sa Kelsey Goss, en solforskningsanalytiker for energikonsulentgruppen Wood Mackenzie."Det er et stort potensial for produsenter av kadmiumtellurid til å ta flere markedsandeler det kommende året."Spesielt, bemerket hun, siden kadmiumtelluridsektoren allerede er i ferd med å oppskaleres.
I juni sa solcelleprodusenten First Solar at den villeinvestere 680 millioner dollari en tredje kadmium telluride solcellefabrikk nordvest i Ohio.Når anlegget står ferdig, i 2025, vil selskapet kunne lage 6 gigawatts solcellepaneler i området.Det er nok til å drive omtrent 1 million amerikanske hjem.Et annet Ohio-basert solcellefirma, Toledo Solar, kom nylig inn på markedet og lager kadmiumtelluridpaneler for hustak.Og i juni, US Department of Energy and its National Renewable Energy Laboratory, eller NREL,lanserte et program på 20 millioner dollarå akselerere forskning og utvide forsyningskjeden for kadmiumtellurid.Et av målene med programmet er å bidra til å isolere det amerikanske solenergimarkedet fra globale forsyningsbegrensninger.
Forskere ved NREL og First Solar, tidligere kalt Solar Cell Inc., har jobbet sammen siden tidlig på 1990-tallet for å utviklekadmium tellurid-teknologi.Kadmium og tellurid er biprodukter av henholdsvis smelting av sinkmalm og raffinering av kobber.Mens silisiumskiver er koblet sammen for å lage celler, påføres kadmium og tellurid som et tynt lag - omtrent en tiendedel av diameteren til et menneskehår - på en glassrute, sammen med andre elektrisitetsledende materialer.First Solar, nå verdens største tynnfilmprodusent, har levert paneler til solcelleinstallasjoner i 45 land.
Teknologien har visse fordeler fremfor krystallinsk silisium, sa NREL-forsker Lorelle Mansfield.For eksempel krever tynnfilmprosessen færre materialer enn den waferbaserte tilnærmingen.Tynnfilmteknologi er også godt egnet for bruk i fleksible paneler, som de som dekker ryggsekker eller droner eller er integrert i bygningsfasader og vinduer.Viktigere er at tynnfilmpanelene yter bedre i varme temperaturer, mens silisiumpaneler kan overopphetes og bli mindre effektive til å generere strøm, sa hun.
Men krystallinsk silisium har overtaket på andre områder, for eksempel deres gjennomsnittlige effektivitet - som betyr prosentandelen av sollys som paneler absorberer og konverterer til elektrisitet.Historisk sett har silisiumpaneler hatt høyere effektivitet enn kadmiumtelluridteknologi, selv om gapet blir mindre. Dagens industrielt produserte silisiumpaneler kan oppnå effektiviteter på18 til 22 prosent, mens First Solar har rapportert en gjennomsnittlig effektivitet på 18 prosent for sine nyeste kommersielle paneler.
Likevel er hovedårsaken til at silisium har dominert det globale markedet relativt enkel."Alt kommer ned til kostnadene," sa Goss."Solenergimarkedet har en tendens til å være sterkt drevet av den billigste teknologien."
Krystallinsk silisium koster rundt $0,24 til $0,25 for å produsere hver watt solenergi, som er mindre enn andre utfordrere, sa hun.First Solar sa at de ikke lenger rapporterer kostnaden per watt for å produsere sine kadmiumtelluridpaneler, bare at kostnadene har "falt betydelig" siden 2015 - da selskapetrapporterte kostnader på $0,46 per watt— og fortsetter å synke hvert år.Det er noen få grunner til at silisium er relativt billig.Råmaterialet polysilisium, som også brukes i datamaskiner og smarttelefoner, er mer tilgjengelig og rimeligere enn tilførsel av kadmium og tellurid.Ettersom fabrikker for silisiumpaneler og relaterte komponenter har skalert opp, har de totale kostnadene ved å lage og installere teknologien gått ned.Den kinesiske regjeringen har også tungtstøttet og subsidiertlandets silisium solenergi sektor — så mye atrundt 80 prosentav verdens forsyningskjede for solenergiproduksjon går nå gjennom Kina.
Fallende panelkostnader har drevet den globale solboomen.I løpet av det siste tiåret har verdens totale installerte solenergikapasitet sett en nesten tidoblet økning, fra rundt 74 000 megawatt i 2011 til nesten 714 000 megawatt i 2020,i følgedet internasjonale byrået for fornybar energi.USA står for omtrent en syvendedel av verdens totale, og solenergi er det nåen av de største kildeneav ny elektrisitetskapasitet installert i USA hvert år.
Kostnaden per watt av kadmiumtellurid og andre tynnfilmteknologier forventes på samme måte å krympe etter hvert som produksjonen utvides.(First Solar sierat når det nye Ohio-anlegget åpner, vil selskapet levere den laveste kostnaden per watt på hele solenergimarkedet.) Men kostnadene er ikke den eneste beregningen som betyr noe, som bransjens nåværende forsyningskjedeproblemer og arbeidsforhold gjør det klart.
Mark Widmar, administrerende direktør i First Solar, sa at selskapets planlagte utvidelse på 680 millioner dollar er en del av en større innsats for å bygge en selvforsynt forsyningskjede og "frikoble" den amerikanske solenergiindustrien fra Kina.Selv om kadmiumtelluridpaneler ikke bruker noe polysilisium, har First Solar følt andre utfordringer industrien står overfor, som pandemi-indusert etterslep i sjøfartsindustrien.I april fortalte First Solar investorer at overbelastning i amerikanske havner holdt opp panelforsendelser fra deres anlegg i Asia.Økende amerikansk produksjon vil tillate selskapet å bruke veier og jernbaner for å sende panelene sine, ikke lasteskip, sa Widmar.Og selskapets eksisterende resirkuleringsprogram for solcellepanelene gjør at det kan gjenbruke materialer mange ganger, noe som ytterligere reduserer avhengigheten av utenlandske forsyningskjeder og råvarer.
Mens First Solar tar ut paneler, fortsetter forskere ved både selskapet og NREL å teste og forbedre kadmiumtellurid-teknologien.I 2019 har partnerneutviklet en ny tilnærmingsom innebærer å "dope" tynnfilmmaterialene med kobber og klor for å oppnå enda høyere effektivitet.Tidligere denne måneden, NRELkunngjorde resultateneav en 25-årig felttest ved sitt utendørsanlegg i Golden, Colorado.Et 12-panels utvalg av kadmiumtelluridpaneler opererte med 88 prosent av sin opprinnelige effektivitet, et sterkt resultat for et panel som har stått ute i over to tiår.Nedbrytningen "er i tråd med hva silisiumsystemer gjør," ifølge NREL-utgivelsen.
Mansfield, NREL-forskeren, sa at målet ikke er å erstatte krystallinsk silisium med kadmiumtellurid eller etablere en teknologi som overlegen den andre."Jeg tror det er en plass for dem alle i markedet, og de har hver sine applikasjoner," sa hun."Vi vil at all energi skal gå til fornybare kilder, så vi trenger virkelig alle disse forskjellige typene teknologi for å møte den utfordringen."
Innleggstid: 17. september 2021