Panele słoneczne muszą być tańsze o połowę do końca dekady

Ultracienkie ogniwa słoneczne pozwolą fotowoltaice konkurować z węglem

Aby konkurować z rozwiązaniami energetyki opartej na paliwach kopalnych, producenci ogniw słonecznych muszą obniżyć koszty produkcji o 50% do końca dekady. Według raportu opracowanego na MIT Jest to możliwe jedynie na drodze wprowadzenia nowych technologii.

Do końca obecnej dekady producenci w USA i Europie będą musieli wytwarzać panele fotowoltaiczne taniej o ok. 50%. Umożliwi to wytwarzanie energii z paneli, po konkurencyjnej cenie w stosunku do rozwiązań do wytwarzania energii z paliw kopalnych – takie są ustalenie raportu zespołu naukowców z Massachusetts Institute of Technology, kierowanego przez prof. inżynierii, Tonia Buonassisi. Raport ten został opublikowany w Energy & Environmental Science.

Taka redukcja kosztów wytwarzania będzie możliwa wyłącznie po zastosowaniu rozwiązań, które zostały opracowane przez naukowców pracujących dla niewielkich firm technologicznych oraz w laboratoriach badawczych.

- Technologie, umożliwiające drastyczny spadek kosztów wytwarzania paneli słonecznych przy wzroście ich wydajności, tak naprawdę dostępne są już obecnie, tylko trzeba je dopracować – stwierdzają autorzy raportu.

Według raportu, redukcja kosztów wytwarzania paneli słonecznych w USA i Europie powinna pozwolić na osiągnięcie ceny 0,52 dolara za wat. Obecnie wynosi ona 1-1,1 dolara za wat w zależności od producenta i typu panelu. W przypadku osiągnięcia kosztów wytwarzania na poziomie 52 centów, podobna wielkość obniżki kosztów instalacji i urządzeń pomocniczych jak inwetory, powinna umożliwić budowę tanich elektrowni słonecznych, w dobrze nasłonecznionych regionach USA i Europy. Koszt energii w nich wynosiłby 6 centów za 1 kWh – mniej niż obecne koszty energii w USA i znacznie mniej niż koszty energii w Europie.

W USA obecnie koszty energii słonecznej wynoszą ponad 15 centów za 1 kWh w regionach o dużym nasłonecznieniu – tak wynika z raportu Departamentu Energii (U.S. Department of Energy). W regionach o mniejszym nasłonecznieniu oraz w Europie poza krajami Południa (południowa Francja, Grecja, Włochy, Hiszpania i Portugalia) koszty te są znacznie wyższe. Rosną też w przypadku małych instalacji o średniej wydajności.

Jak stwierdza raport, konieczny jest wzrost wydajności ogniw – oznacza to bowiem większą moc produkowaną na mniejszej powierzchni paneli, mniejsze zużycie materiału oraz koszty produkcji. Zwiększenie wydajności oznacza także zmniejszenie kosztów instalacji, bo mniej paneli będzie generowało moc taka samą ja większa ich liczba, lub nawet wyższą. Jednak wzrost wydajności można uzyskać dzięki wytwarzaniu ogniw z cieńszych wafli krzemowych i przyspieszeniu produkcji

Naukowcy pracujący dla firmy technologicznej 1366 Technologies opracowali rozwiązanie umożliwiające wytworzenie cienkich wafli krzemowych bezpośrednio ze stopionego krzemu. Omija to fazę krystalizacji na gorąco w piecu, przycinanie materiału i formowanie sztab do wytworzenia wafli. Inne technologie opracowane już przez naukowców omijają formowanie i wycinanie wafli, przy zastosowaniu procesu chemicznego trawienia, co pozwala uzyskać cienkie wafle z duże sztaby krzemu.

Producenci mają przy tym znaczne problemy z obróbka cienkich wafli krzemowych, w taki sposób aby nie uległy one uszkodzeniu. Stąd, mimo iż technicznie możliwe jest wytworzenie ogniw słonecznych na bazie 25 mikrometrowych wafli, większość producentów stosuje w tym celu wafle 180 mikrometrowe. Sposobem na pracę na cienkich waflach krzemowych i wytwarzanie na ich bazie ogniw słonecznych jest obróbka na płycie szkła organicznego. Służy ona jako osłona w trakcie pracy i zabezpiecza przed pękaniem. Z kolei poszczególne stanowiska linii produkcyjne mogą być połączone przenośnikami działającymi na zasadzie pola magnetycznego, co umożliwi utrzymanie wafli w jednakowej odległości od powierzchni

Konieczne jest też opracowanie nowych technologii wytwarzania wydajnych ogniw krzemowych. Raport wymienia tutaj tzw. technologię „sandwich” wynalezioną przez naukowców pracujących dla koncernu Sanyo. Wafel z krzemu krystalicznego zostaje w niej umieszczony między dwoma warstwami krzemu amorficznego. Taka struktura redukuje napięcia w samym waflu i umożliwia wygrzewanie ogniwa w niższych niż dotąd temperaturach, co zmniejsza możliwość pęknięcia. Umożliwia to także łatwe wkomponowanie w ogniwo połączeń elektrycznych. Z kolei w USA została stworzona przez naukowców pracujących dla firmy Sunpower, technologia umożliwiająca umieszczenie wszystkich złącz elektrycznych po jednej tylko stronie ogniwa.

Omawiane technologie, jak dotąd stosowane były w wyrobach małoskalowych lub nawet działały tylko w prototypach. Stąd konieczność ich szybkiego rozwijania na skalę przemysłową - stwierdza raport.

Po wprowadzeniu tych technologii do produkcji ogniw pozostaje zmniejszenie kosztów instalacji i budowy całej elektrowni słonecznej. Spadek kosztów w tej dziedzinie można, zdaniem uczonych z MIT, osiągnąć głównie poprzez zmniejszenie ilości paneli i zwiększenie wydajności pojedynczych ogniw. Także i przy produkcji wyposażenia dodatkowego, jak inwertory, potrzebne jednak będzie zastosowanie nowych technologii, bowiem schemat okablowania, połączeń elektrycznych i sprzętu dodatkowego, zdaniem naukowców z USA, „pochodzi w prostej linii z rozwiązań z lat 70.” i jak dotąd nie wprowadzono istotnych programów ich unowocześnienia.

PAP - Nauka w Polsce