Công nghệ quang điện mặt trời màng mỏng giảm chi phí có thể đang trải qua thời kỳ phục hưng, nhờ những đổi mới hiệu quả gần đây của nhà sản xuất First Solar của Mỹ. Hình ảnh lịch sự của First Solar, Inc.

Bên trong một tòa nhà văn phòng một tầng trải dài ở Bedford, Mass., Trong một căn phòng bí mật được gọi là Hội trường tăng trưởng, tương lai của năng lượng mặt trời đang nấu ăn ở hơn 2,500 ° F. Đằng sau những cánh cửa đóng kín và rèm sập, những chiếc lò được chế tạo riêng với những cái tên đầy tham vọng như (Fearless) và Int Intidid, đang giúp hoàn thiện một kỹ thuật mới để tạo ra các tấm silicon, đặc trưng của các tấm pin mặt trời ngày nay. Nếu mọi việc suôn sẻ, phương pháp mới có thể cắt giảm chi phí năng lượng mặt trời hơn phần trăm 20 trong vài năm tới.

Frank van Mierlo, CEO của Frank cho biết, chiếc wafer khiêm tốn này sẽ cho phép năng lượng mặt trời rẻ như than và sẽ thay đổi mạnh mẽ cách chúng ta tiêu thụ năng lượng. Công nghệ 1366, công ty đằng sau phương pháp chế tạo wafer mới.

Phòng bí mật hay không, đây là những thời điểm thú vị trong thế giới năng lượng tái tạo. Nhờ những tiến bộ công nghệ và sự gia tăng sản xuất trong thập kỷ này, tính chẵn lẻ lưới - điểm mà các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió có giá tương đương với điện lấy từ nhiên liệu hóa thạch - đang nhanh chóng đến gần. Trong một số trường hợp, nó đã đạt được, và những đổi mới bổ sung đang chờ đợi trong cánh sẽ hứa hẹn rất lớn cho chi phí lái xe thậm chí thấp hơn, mở ra một kỷ nguyên hoàn toàn mới cho năng lượng tái tạo.

Bất ngờ mặt trời

Vào tháng 1 2015, công ty Ả Rập Saudi Nguồn ACWA Các nhà phân tích ngành công nghiệp ngạc nhiên khi giành được một nhà thầu để xây dựng một nhà máy điện mặt trời 200-megawatt ở Dubai sẽ có thể sản xuất điện cho Xu 6 mỗi kilowatt-giờ. Giá thấp hơn chi phí điện từ các nhà máy khí đốt tự nhiên hoặc than, lần đầu tiên cho việc lắp đặt năng lượng mặt trời. Điện từ các nhà máy khí đốt và than tự nhiên mới sẽ tiêu tốn một xu 6.4 và xu 9.6 ước tính mỗi kilowatt giờ, theo Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ.

Những tiến bộ công nghệ, bao gồm quang điện có thể chuyển đổi tỷ lệ phần trăm cao hơn của ánh sáng mặt trời thành năng lượng, đã làm cho các tấm pin mặt trời hiệu quả hơn. Đồng thời nền kinh tế quy mô đã giảm chi phí của họ.

Đối với hầu hết các 2000 đầu tiên, giá của một tấm pin mặt trời hoặc mô-đun dao động quanh $ 4 mỗi watt. Vào thời Martin Green, một trong những nhà nghiên cứu quang điện hàng đầu thế giới, đã tính toán chi phí của mọi thành phần, bao gồm các thỏi silicon đa tinh thể được sử dụng để chế tạo tấm silicon, kính bảo vệ ở bên ngoài mô-đun và bạc được sử dụng trong hệ thống dây điện của mô-đun . Green nổi tiếng tuyên bố rằng miễn là chúng ta dựa vào silicon tinh thể cho năng lượng mặt trời, giá có thể sẽ không bao giờ giảm xuống dưới $ 1 / watt.

Có một phần mười của mức tăng hiệu quả ở đây và giảm chi phí ở đó đã tăng thêm để làm cho năng lượng mặt trời trở nên rất cạnh tranh. mà dựa vào các vật liệu khác ngoài silicon cần một phần nguyên liệu thô.

Sau đó, từ 2007 đến 2014, giá của các mô-đun silicon tinh thể giảm từ $ 4 mỗi watt xuống còn $ 0.50 mỗi watt, tất cả trừ việc kết thúc sự phát triển của những bộ phim mỏng.

Mark Barineau, một nhà phân tích năng lượng mặt trời cho biết, việc giảm đáng kể chi phí đến từ một số lượng lớn lợi nhuận gia tăng. Nghiên cứu Lux. Các yếu tố bao gồm một quy trình mới, chi phí thấp để sản xuất silicon đa tinh thể; tấm silicon mỏng hơn; dây mỏng hơn ở mặt trước của mô-đun chặn ít ánh sáng mặt trời và sử dụng ít bạc hơn; nhựa rẻ hơn thay vì thủy tinh; và tự động hóa lớn hơn trong sản xuất.

Có một phần mười của một phần trăm đạt được hiệu quả ở đây và giảm chi phí ở đó đã được thêm vào để làm cho năng lượng mặt trời rất cạnh tranh, theo ông Bar Bareau.

Các loại thuốc 25 trên mỗi watt

Tiết kiệm dưới mức $ 1 [mỗi watt] đã vượt quá mong đợi của tôi, theo Green Green. Nhưng bây giờ, tôi nghĩ nó có thể còn thấp hơn nữa.

Một ứng cử viên có khả năng có được nó là phương pháp chế tạo wafer mới của 1366. Các tấm silicon phía sau các tấm pin mặt trời ngày nay được cắt từ các thỏi silicon đa tinh thể lớn. Quá trình này cực kỳ không hiệu quả, biến một nửa số thỏi ban đầu thành mùn cưa. 1366 thực hiện một cách tiếp cận khác, làm nóng chảy silicon trong các lò được chế tạo đặc biệt và đúc lại thành các tấm mỏng với chi phí thấp hơn một nửa cho mỗi wafer hoặc giảm phần trăm 20 trong tổng chi phí của mô-đun silicon tinh thể. 1366 hy vọng sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt ở 2016, theo van Mierlo.

Trong khi đó, những màng mỏng, từng được cho là tương lai của năng lượng mặt trời, sau đó bị nghiền nát bởi silicon tinh thể giá rẻ, có thể trải qua thời kỳ phục hưng. Giá thầu thiết lập kỷ lục gần đây cho năng lượng mặt trời ở Dubai khai thác các mô-đun năng lượng mặt trời cadmium Telluride màng mỏng do nhà sản xuất Hoa Kỳ sản xuất năng lượng mặt trời đầu tiên. Công ty không chỉ tham gia khi đại đa số các công ty sản xuất màng mỏng, mà còn liên tục sản xuất một số mô-đun ít tốn kém nhất bằng cách tăng hiệu quả của pin mặt trời trong khi tăng quy mô sản xuất. Công ty hiện cho biết họ có thể sản xuất các mô-đun năng lượng mặt trời cho ít hơn 40 xu mỗi watt và dự đoán giảm giá hơn nữa trong những năm tới.

Mười năm kể từ bây giờ chúng ta có thể dễ dàng thấy chi phí của các mô-đun năng lượng mặt trời giảm xuống còn 25 xu mỗi watt, hoặc khoảng một nửa chi phí hiện tại của họ, Green nói. Để giảm chi phí vượt quá, hiệu quả chuyển đổi của ánh sáng mặt trời thành điện sẽ phải tăng đáng kể. Để đạt được điều đó, các vật liệu bán dẫn khác sẽ phải được xếp chồng lên nhau trên các pin mặt trời hiện có để chuyển đổi một dải ánh sáng mặt trời rộng hơn thành điện năng.

Nếu bạn có thể xếp thứ gì đó lên trên một tấm wafer silicon thì nó sẽ không thể bị đánh bại.

Green và các đồng nghiệp đã lập kỷ lục về hiệu quả mô-đun năng lượng mặt trời silicon tinh thể ở mức phần trăm 22.9 trong 1996 vẫn còn giữ đến ngày nay. Màu xanh lá cây nghi ngờ hiệu quả của silicon tinh thể sẽ không bao giờ cao hơn nhiều. Tuy nhiên, với việc xếp chồng tế bào, ông nói rằng bầu trời là giới hạn.

Một vấn đề về kích thước

Trong khi năng lượng mặt trời chỉ mới bắt đầu đạt được tính chẵn lẻ lưới, năng lượng gió đã ở đó. Ở 2014, giá năng lượng gió trên bờ trung bình trên toàn thế giới tương đương với điện từ khí đốt tự nhiên, theo Bloomberg Tài chính năng lượng mới.

Cũng như năng lượng mặt trời, tín dụng đi vào những tiến bộ công nghệ và tăng khối lượng. Đối với gió, tuy nhiên, sự đổi mới chủ yếu là vấn đề kích thước. Từ 1981 đến 2015 chiều dài trung bình của một cánh quạt tua bin gió có tăng hơn sáu lần, từ mét 9 đến mét 60, vì chi phí năng lượng gió có giảm bởi một yếu tố của 10.

Việc tăng kích thước cánh quạt có nghĩa là bạn đang thu được nhiều năng lượng hơn và đó là trình điều khiển nhập khẩu nhiều nhất trong việc giảm chi phí năng lượng gió, theo ông D. Todd Griffith của Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia ở Albuquerque, New Mexico.

Gần đây, Griffith đã giám sát việc xây dựng và thử nghiệm một số lưỡi kiếm nguyên mẫu dài 100 tại Sandia. Khi dự án bắt đầu ở 2009, lưỡi dao lớn nhất trong hoạt động thương mại là 60 dài. Griffith và các đồng nghiệp của ông muốn xem họ có thể đẩy xa xu hướng của lưỡi kiếm ngày càng tăng trước khi họ gặp phải những hạn chế về thiết kế và vật liệu.

Tôi hoàn toàn mong đợi được nhìn thấy những lưỡi dao mét 100 và hơn thế nữa. Kết quả là một lưỡi kiếm 126-ton cực nặng, rất mỏng và dài, nó dễ bị rung lắc trong gió mạnh và căng thẳng hấp dẫn.

Nhóm đã tạo ra hai nguyên mẫu tiếp theo sử dụng sợi carbon mạnh hơn, nhẹ hơn và hình lưỡi kiếm được làm phẳng thay vì lưỡi nhọn. Lưỡi kiếm 100 kết quả nhẹ hơn 60 phần trăm so với nguyên mẫu ban đầu của họ

Kể từ khi dự án bắt đầu ở 2009, các cánh quạt lớn nhất được sử dụng trong các tuabin gió thương mại ngoài khơi đã phát triển từ mét 60 lên khoảng mét mét với các nguyên mẫu thương mại lớn hơn hiện đang được phát triển. Tôi hoàn toàn mong đợi được nhìn thấy những lưỡi dao mét 80 và hơn thế nữa, leo Griffith nói.

Khi lưỡi kiếm phát triển dài hơn, các tháp nâng chúng ngày càng cao hơn để đón gió ổn định hơn, tốc độ cao hơn. Và khi các tòa tháp phát triển cao hơn, chi phí vận chuyển ngày càng đắt đỏ. Để chống lại chi phí gia tăng GE gần đây đã ra mắt một tháp tháp khung không gian của thành phố, một tháp lưới thép được bọc bằng vải. Các tòa tháp mới sử dụng thép ít hơn khoảng 30 phần trăm so với các tháp ống thông thường có cùng chiều cao và có thể được giao hoàn toàn trong các container vận chuyển kích thước tiêu chuẩn để lắp ráp tại chỗ. Công ty gần đây đã nhận được khoản tài trợ trị giá hàng triệu đô la từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ để phát triển các lưỡi khung không gian tương tự.

Đổi mới ra nước ngoài

Tuy nhiên, giống như các tấm pin mặt trời silicon tinh thể, công nghệ gió hiện tại cuối cùng sẽ chạy theo giới hạn vật liệu. Thay vào đó, một sự đổi mới khác về đường chân trời có liên quan đến vị trí. Các trang trại gió đang di chuyển ra nước ngoài để theo đuổi các nguồn gió lớn hơn và ít xung đột sử dụng đất hơn. Càng ra xa bờ, nước càng sâu, khiến cho phương pháp sửa chữa tuabin dưới đáy biển hiện nay rất tốn kém. Nếu ngành công nghiệp chuyển sang các cấu trúc hỗ trợ nổi, thiết kế tuabin gió nặng hàng đầu hiện nay có thể sẽ tỏ ra quá khó sử dụng.

Một giải pháp tiềm năng là một tuabin trục thẳng đứng, một trong đó trục rôto chính được đặt theo chiều dọc, giống như một vòng quay vui vẻ, thay vì theo chiều ngang như một tuabin gió thông thường. Máy phát cho một tuabin như vậy có thể được đặt ở mực nước biển, giúp thiết bị có trọng tâm thấp hơn nhiều.

Có một cơ hội rất tốt là một số loại công nghệ tuabin khác, trục thẳng đứng rất tốt, sẽ có hiệu quả chi phí cao nhất ở vùng nước sâu, theo ông Griff Griffith.

Thập kỷ qua đã mang lại những đổi mới đáng chú ý trong công nghệ năng lượng mặt trời và gió, mang lại sự cải thiện về hiệu quả và chi phí mà trong một số trường hợp đã vượt quá mong đợi lạc quan nhất. Những gì thập kỷ tới sẽ mang lại vẫn chưa rõ ràng, nhưng nếu lịch sử là bất kỳ hướng dẫn nào, tương lai của năng lượng tái tạo có vẻ cực kỳ tích cực.

Bài viết này ban đầu xuất hiện trên Ensia

Giới thiệu về Tác giả

Phil McKenna là một nhà văn tự do quan tâm đến sự hội tụ của những cá nhân hấp dẫn và những ý tưởng hấp dẫn. Ông chủ yếu viết về năng lượng và môi trường với trọng tâm là các cá nhân đằng sau tin tức. Công việc của anh ấy xuất hiện trong Sản phẩm Thời báo New York, Smithsonian, WIRED, Audubon, Nhà khoa học mới, Tạp chí công nghệ, MATTER và NOVA, nơi ông là một biên tập viên đóng góp.

Sách liên quan

at

Cảm ơn đã ghé thăm Nội địa.com, ở đâu có 20,000 + những bài báo thay đổi cuộc sống quảng bá "Thái độ mới và những khả năng mới". Tất cả các bài viết được dịch sang Hơn 30 ngôn ngữ. Theo dõi đến Tạp chí Nội tâm, xuất bản hàng tuần và Cảm hứng hàng ngày của Marie T Russell. Tạp chí InsideSelf đã được xuất bản từ năm 1985.