Koste-vermindering dun film fotovoltaïsche tegnologie kan ervaar 'n Renaissance, danksy onlangse doeltreffendheid innovasies deur die Amerikaanse vervaardiger eerste sonkrag. Foto met vergunning van eerste sonkrag, Inc.
Binne 'n sproeiende eenverdieping kantoorgebou in Bedford, Mass., In 'n geheime kamer bekend as die Groepsaal, kook die toekoms van sonkrag by meer as 2,500 ° F. Agter geslote deure en afgemaalde blindings, pasgemaakte oonde met ambisieuse name soos "Fearless" en "Intrepid" help om 'n nuwe tegniek te maak om silikonwafers, die werkhoros van vandag se sonpanele, te maak. As alles goed gaan, kan die nuwe metode die koste van sonkrag met meer as 20 persent in die volgende paar jaar verminder.
"Hierdie nederige wafel sal sonkrag toelaat om so goedkoop soos steenkool te wees en sal die manier waarop ons energie verbruik, drasties verander," sê Frank van Mierlo, hoof uitvoerende beampte van 1366 Technologies, die maatskappy agter die nuwe metode van waferfabriek.
Geheime kamers of nie, dit is opwindende tye in die wêreld van hernubare energie. Danksy die tegnologiese vooruitgang en 'n opwaartse toename in produksie oor die dekade, het raampariteit - die punt waarna hernieubare bronne van hernubare energie soos son en wind dieselfde is as elektrisiteit afkomstig van die verbranding van fossielbrandstowwe brandstof - vinnig nader. In sommige gevalle is dit alreeds bereik, en bykomende innovasies wat in die vlerke wag, hou groot belofte dat die bestuurskoste selfs laer sal wees, en sal 'n heeltemal nuwe era vir hernieubare ingebou word.
Solar Surprise
In Januarie 2015, Saoedi-Arabiese maatskappy ACWA Power verras ontleders in die bedryf toe dit 'n bod gewen het om 'n 200-megawatt-sonkragaanleg in Dubai te bou wat elektrisiteit sal kan produseer vir 6 sent per kilowatt-uur. Die prys was minder as die koste van elektrisiteit uit aardgas- of steenkoolkragsentrales, 'n eerste vir 'n sonkraginstallasie. Elektrisiteit uit nuwe natuurlike gas- en steenkoolaanlegte sal volgens die Amerikaanse Energie-inligtingsagentskap onderskeidelik 'n beraamde 6.4 sent en 9.6 sent per kilowatt-uur kos.
Tegnologiese vooruitgang, insluitend fotovoltaïsche wat hoër persentasies kan omskep sonlig in energie, het sonpanele meer doeltreffend gemaak. Terselfdertyd skaalvoordele af verdryf hul koste.
Vir die grootste deel van die vroeë 2000s, die prys van 'n sonpaneel of module huiwer om $ 4 per watt. Ten tyde Martin Green, een van die wêreld se voorste fotovoltaïese navorsers, bereken die koste van elke komponent, insluitend die polikristallyne silikon blokke gebruik in die maak van silikon wafers, die beskermende glas aan die buitekant van die module, en die silwer wat in bedrading die module se . Groen beroemde verklaar dat so lank as wat ons staatmaak op kristallyne silikon vir sonkrag, die prys sal waarskynlik nooit te laat val onder $ 1 / watt.
"Daar is 'n tiende van 'n persent van 'n doeltreffendheidsverhoging hier en kostevermindering daar wat opgetel het om sonkrag baie mededingend te maak." - Mark Barineau Die toekoms, Groen en byna almal in die veld het geglo, was met dun films, sonmodules wat staatgemaak op ander materiaal as silikon wat 'n breukdeel van die grondstowwe benodig het.
Dan, van 2007 tot 2014, die prys van kristallyne silikonmodules gedaal van $ 4 per watt tot $ 0.50 per watt, alles behalwe die ontwikkeling van dun films.
Die dramatiese daling in koste het gekom van 'n wye aantal inkrementele winste, sê Mark Barineau, 'n sonontleder met Lux Navorsing. Faktore sluit in 'n nuwe, lae-koste proses vir die maak van polikristallyne silikon; dunner silikon wafers; dunner drade op die voorkant van die module wat minder sonlig blokkeer en minder silwer; minder duur plastiek in plaas van glas; en 'n groter outomatisering in die vervaardiging.
"Daar is 'n tiende van 'n persent van 'n doeltreffendheidsvoordeel hier en kostevermindering daar wat opgedoen het om sonkrag baie mededingend te maak," sê Barineau.
25 sent per watt
"Onder $ 1 [per watt] het my verwagtinge oortref," sê Green. "Maar nou, ek dink dit kan selfs laer word."
Een waarskynlike kandidaat om dit te kry, is 1366 se nuwe metode van waferfabriek. Die silikonwafers agter vandag se sonpanele word gesny van groot blokke polykristalliese silikon. Die proses is uiters ondoeltreffend, draai soveel as die helfte van die aanvanklike ingots in saagsels. 1366 neem 'n ander benadering en smelt die silikon in spesiaalgeboude oonde en herskep dit in dun wafers vir minder as die helfte van die koste per wafer of 'n 20 persent daling in die totale koste van 'n kristallyne silikon module. 1366 hoop om massaproduksie in 2016 te begin, volgens Van Mierlo.
Intussen het dun films, een keer gedink om die toekoms van sonkrag, dan vernietig word deur 'n lae-koste kristallyne silikon wees, kan 'n renaissance beleef. Die onlangse rekord-instelling laekoste-bod vir sonkrag in Dubai inspan dun-film kadmium Telluride solar modules gemaak deur die Amerikaanse vervaardiger eerste Solar. Die maatskappy het nie net aangehou as die oorgrote meerderheid dunfilmmaatskappye gevou het nie, maar het konsekwent sommige van die goedkoopste modules vervaardig deur die doeltreffendheid van hul sonselle te verhoog terwyl produksie verhoog word. Die maatskappy sê nou dit kan sonmodules vervaardig vir minder as 40 sent per watt en verwag verdere prysverlagings in die komende jare.
Tien jaar van nou af kan ons maklik die koste van sonkragmodules sien wat tot 25 sent per watt val, of ongeveer die helfte van hul huidige koste, sê Green. Om koste daarbuite te verminder, sal die omskakelingsdoeltreffendheid van sonlig in elektrisiteit aansienlik moet styg. Om daar te kom, moet ander halfgeleidende materiale op die top van die bestaande sonselle gestapel word om 'n wyer spektrum sonlig in elektrisiteit te omskep.
"As jy iets op die top van 'n silikon wafer dit sal pretty much onverbeterlike wees kan stapel," sê Green.
Green en kollegas het 'n rekord vir die effektiwiteit van kristallyne silikon sonkragmodules by 22.9 persent in 1996 wat vandag nog steeds hou. Groene twyfel, die doeltreffendheid van kristallyne silikon alleen sal ooit veel hoër word. Met selstapeling sê hy egter: "die lug is die limiet."
'N saak van grootte
Terwyl sonkrag is net begin om rooster gelykheid te bereik, windenergie is reeds daar. In 2014, die gemiddelde wêreldwye prys van aanlandige wind energie was dieselfde as elektrisiteit uit aardgas, volgens Bloomberg New Energy Finance.
Soos met sonkrag gaan die krediet na tegnologiese vooruitgang en volumeverhogings. Vir wind is innovasie egter hoofsaaklik 'n kwessie van grootte. Van 1981 tot 2015 het die gemiddelde lengte van 'n windturbine rotor lem het meer as sesvoudig toegeneem, van 9 meter tot 60 meter, soos die koste van windenergie het gedaal met 'n faktor van 10.
"Verhoging van die rotor grootte beteken dat jy meer energie opneem, en dit is die enkele invoerder bestuurder om die koste van windenergie te verminder," sê D. Todd Griffith van Sandia National Laboratories in Albuquerque, New Mexico.
Griffith het onlangs toesig gehou oor die bou en toets van 'n paar 100 meter lange prototipe lemme by Sandia. Wanneer die projek in 2009 begin, die grootste lemme in kommersiële operasie was 60 meter lank. Griffith en sy kollegas wou sien hoe ver hulle die tendens van toenemende lemme kan stoot voordat hulle gehardloop in die ontwerp en materiaal beperkings.
"Ek verwag om 100 meter lemme en daarna kyk." - D. Todd GriffithTheir eerste prototipe was 'n all-veselglas lem wat soortgelyke ontwerpe en materiale soos dié wat in 'n relatief kleiner kommersiële lemme ten tyde gebruik. Die gevolg was 'n onbetaalbaar swaar 126-ton lem wat so dun was en lank dit was vatbaar vir vibrasie in sterk winde en gravitasie-stam.
Die groep het twee daaropvolgende prototipes gemaak wat sterker, ligter koolstofvesel gebruik het en 'n lemvorm wat platgeslaan was in plaas van skerp gekant. Die gevolgde 100-meter lem was 60 persent ligter as hul aanvanklike prototipe
Sedert die projek in 2009 begin het, het die grootste lemme wat gebruik word in kommersiële offshore windturbines gegroei van 60 meter tot ongeveer 80 meter met groter kommersiële prototipes wat tans ontwikkel word. "Ek verwag ten volle om 100-meter lemme en daarbuite te sien," sê Griffith.
Soos lemme langer groei, is die torings wat hulle verhef om langer te meer konsekwent, hoër spoed wind vang. En as torings langer groei, vervoer koste groei al hoe duurder. Om die verhoogde koste teen te werk GE het onlangs 'n "ruimte raam" toring ontplooi, 'n staalrooster toring toegedraai in stof. Die nuwe torings gebruik ongeveer 30 persent minder staal as konvensionele buis torings van dieselfde hoogte en kan heeltemal in standaardgrootte versendinghouers vir byeenkoms gelewer word. Die maatskappy het onlangs 'n subsidie van $ 3.7 miljoen van die Amerikaanse Departement van Energie ontvang om soortgelyke spasieblaaie te ontwikkel.
Buitelandse Innovasie
Soos kristallyne silikon-sonpanele sal bestaande windtegnologie uiteindelik teen materiaalgrense oploop. Nog 'n innovasie op die horison vir wind is eerder in verband met ligging. Windplase beweeg offshore in die strewe na groter windbronne en minder grondgebruikskonflik. Hoe verder aflandig hulle gaan, hoe dieper die water, wat die huidige metode van turbines op die seebodem verbied duur maak. As die bedryf in plaas van swaai ondersteunende strukture beweeg, sal vandag se top-swaar windturbine-ontwerp waarskynlik te swaar wees.
Een moontlike oplossing is 'n vertikale as turbine, een waar die hoof rotor as vertikaal gestel word, soos 'n vrolike gaan rond, eerder as horisontaal soos 'n konvensionele wind turbine. Die generator vir so 'n turbine kan op seevlak geplaas word, wat die toestel 'n baie laer swaartepunt gee.
"Daar is 'n baie goeie kans dat 'n ander tipe turbine tegnologie, baie goed vertikale as die mees koste-effektiewe in diep water sal wees," sê Griffith.
Die afgelope dekade het opmerklike innovasies in son- en windtegnologie gelewer, wat verbeteringe in doeltreffendheid en koste tot gevolg gehad het wat in sommige gevalle die mees optimistiese verwagtinge oortref het. Wat die komende dekade sal bring, bly onduidelik, maar as die geskiedenis 'n gids is, lyk die toekoms van hernubare uiters positief. 
Hierdie artikel het oorspronklik verskyn op Ensia
Oor Die Skrywer
Phil McKenna is 'n vryskutskrywer wat belangstel in die konvergensie van fassinerende individue en interessante idees. Hy skryf hoofsaaklik oor energie en die omgewing, met die fokus op die individue agter die nuus. Sy werk verskyn in Die New York Times, Smithsonian, bedraad, Audubon, New Scientist, Technology Review, MATTER en NOVA, waar hy 'n bydraende redakteur is.
