Більшість сонячних панелей, які сьогодні покривають дахи будинків, поля та пустелі, мають один і той самий інгредієнт: кристалічний кремній.Матеріал, виготовлений із сирого полікремнію, формується у пластини та підключається до сонячних елементів, пристроїв, які перетворюють сонячне світло в електрику.Останнім часом залежність галузі від цієї унікальної технології стала чимось на зразок шкоди.Вузькі місця ланцюга поставоксповільнюютьсянові сонячні установки по всьому світу.Основні постачальники полікремнію в китайському регіоні Сіньцзян —звинувачений у використанні примусової праці уйгурів— стикаються з торговими санкціями США.
На щастя, кристалічний кремній не єдиний матеріал, який може допомогти використовувати енергію сонця.У Сполучених Штатах вчені та виробники працюють над розширенням виробництва сонячної технології телуриду кадмію.Телурид кадмію — це тип «тонкоплівкових» сонячних елементів, і, як випливає з назви, він набагато тонший за традиційний кремнієвий елемент.Сьогодні панелі використовують телурид кадміюпостачання близько 40 відсотківринку комунальних послуг США та близько 5 відсотків світового ринку сонячної енергії.І вони можуть отримати вигоду від зустрічного вітру, з яким стикається ширша сонячна промисловість.
«Це дуже нестабільний час, особливо для ланцюга постачання кристалічного кремнію в цілому», — сказала Келсі Госс, аналітик сонячних досліджень енергетичної консалтингової групи Wood Mackenzie.«Виробники телуриду кадмію мають великий потенціал для збільшення частки ринку в наступному році».Тим більше, зазначила вона, що сектор телуриду кадмію вже нарощується.
У червні виробник сонячної енергії First Solar заявив, що це зробитьінвестувати 680 мільйонів доларівна третій сонячній фабриці телуриду кадмію на північному заході Огайо.Коли об’єкт буде завершено, у 2025 році компанія зможе виробляти сонячні батареї потужністю 6 гігават у цьому районі.Цього достатньо, щоб забезпечити електроенергією приблизно 1 мільйон американських будинків.Інша фірма, яка базується в Огайо, Toledo Solar, нещодавно вийшла на ринок і виготовляє панелі з телуриду кадмію для житлових дахів.А в червні Міністерство енергетики США та його Національна лабораторія відновлюваної енергії (NREL)запустив програму вартістю 20 мільйонів доларівприскорити дослідження та розширити ланцюг постачання телуриду кадмію.Однією з цілей програми є допомога у захисті сонячного ринку США від глобальних обмежень пропозиції.
Дослідники NREL і First Solar, яка раніше називалася Solar Cell Inc., працювали разом з початку 1990-х років над розробкоютехнологія телуриду кадмію.Кадмій і телурид є побічними продуктами виплавки цинкових руд і рафінування міді відповідно.У той час як кремнієві пластини з’єднані разом, щоб створити клітини, кадмій і телурид наносяться тонким шаром — приблизно в одну десяту діаметра людської волосини — на скло разом з іншими матеріалами, що проводять електрику.First Solar, нині найбільший у світі виробник тонкої плівки, постачає панелі для сонячних установок у 45 країнах.
Технологія має певні переваги перед кристалічним кремнієм, сказала вчений NREL Лорелл Менсфілд.Наприклад, тонкоплівковий процес вимагає менше матеріалів, ніж підхід на основі пластин.Технологія тонкої плівки також добре підходить для використання в гнучких панелях, як-от ті, які покривають рюкзаки чи дрони або вбудовані у фасади та вікна будівель.Важливо те, що тонкоплівкові панелі працюють краще при високих температурах, тоді як кремнієві панелі можуть перегріватися і ставати менш ефективними при виробленні електроенергії, сказала вона.
Але кристалічний кремній має перевагу в інших сферах, таких як середня ефективність — тобто відсоток сонячного світла, який панелі поглинають і перетворюють на електрику.Історично кремнієві панелі мали вищу ефективність, ніж технологія телуриду кадмію, хоча розрив скорочується. Сучасні промислово виготовлені кремнієві панелі можуть досягати ефективності18-22 відсотки, тоді як First Solar повідомила про середню ефективність 18 відсотків для своїх найновіших комерційних панелей.
Тим не менш, основна причина домінування кремнію на світовому ринку відносно проста.«Все зводиться до вартості», — сказав Госс.«Ринок сонячної енергії, як правило, залежить від найдешевших технологій».
За її словами, кристалічний кремній коштує від 0,24 до 0,25 доларів США для виробництва кожного ват сонячної енергії, що менше, ніж у інших конкурентів.First Solar заявила, що більше не повідомляє про вартість ватт для виробництва своїх панелей з телуриду кадмію, лише те, що витрати «суттєво знизилися» з 2015 року — коли компаніязаявлені витрати становлять 0,46 долара за ват— і продовжує падати щороку.Є кілька причин відносної дешевизни кремнію.Сировина полікремнію, яка також використовується в комп’ютерах і смартфонах, є більш доступною та недорогою, ніж запаси кадмію та телуриду.Оскільки фабрики з виробництва кремнієвих панелей і пов’язаних компонентів розширювалися, загальні витрати на виготовлення та встановлення технології знизилися.Уряд Китаю також сильнопідтримується та субсидуєтьсякремнієвий сонячний сектор країни — настільки, щоблизько 80 відсотківсвітового ланцюга постачання сонячної промисловості зараз проходить через Китай.
Падіння вартості панелей спричинило світовий сонячний бум.За останнє десятиліття загальна встановлена сонячна потужність у світі зросла майже в десять разів: з приблизно 74 000 мегават у 2011 році до майже 714 000 мегават у 2020 році.відповідно доМіжнародне агентство з відновлюваної енергії.На Сполучені Штати припадає приблизно одна сьома від загального обсягу енергії у світі, і зараз це сонячна енергіяодне з найбільших джерелнових електричних потужностей, встановлених у США щороку.
Очікується, що вартість ват телуриду кадмію та інших тонкоплівкових технологій скоротиться в міру розширення виробництва.(Перший Сонячний говоритьщо, коли відкриється новий завод в Огайо, компанія забезпечуватиме найнижчу ціну за ват на всьому ринку сонячної енергії.) Але вартість — не єдиний важливий показник, про що ясно свідчать поточні проблеми ланцюга постачання галузі та проблеми з робочою силою.
Марк Відмар, генеральний директор First Solar, сказав, що заплановане розширення компанії на 680 мільйонів доларів є частиною більших зусиль, спрямованих на створення самодостатнього ланцюжка постачання та «відокремлення» сонячної промисловості США від Китаю.Хоча в панелях з телуриду кадмію не використовується полікремній, First Solar відчула інші виклики, з якими стикається галузь, наприклад, спричинені пандемією відставання в галузі морського судноплавства.У квітні First Solar повідомила інвесторам, що затори в американських портах затримують поставки панелей з її заводів в Азії.Збільшення виробництва в США дозволить компанії використовувати дороги та залізниці для доставки своїх панелей, а не вантажні судна, сказав Відмар.А існуюча в компанії програма переробки сонячних панелей дозволяє багаторазово повторно використовувати матеріали, ще більше зменшуючи свою залежність від іноземних ланцюжків постачання та сировини.
Поки First Solar випускає панелі, вчені як компанії, так і NREL продовжують тестувати та вдосконалювати технологію телуриду кадмію.У 2019 році партнерирозробив новий підхідце передбачає «легування» тонкоплівкових матеріалів міддю та хлором для досягнення ще більшої ефективності.Раніше цього місяця NRELоголосив результати25-річних польових випробувань на відкритому майданчику в Голдені, штат Колорадо.12-панельний масив панелей з телуриду кадмію працював із 88 відсотками початкової ефективності, що є вагомим результатом для панелі, яка простояла на вулиці більше двох десятиліть.Погіршення «відповідає тому, що роблять кремнієві системи», згідно з випуском NREL.
Менсфілд, вчений NREL, сказав, що мета полягає не в тому, щоб замінити кристалічний кремній телуридом кадмію або встановити одну технологію як кращу за іншу.«Я думаю, що для всіх них є місце на ринку, і кожен із них має своє застосування», — сказала вона.«Ми хочемо, щоб уся енергія надходила на відновлювані джерела, тому нам дійсно потрібні всі ці різні типи технологій, щоб вирішити цю проблему».
Час публікації: 17 вересня 2021 р