Většina solárních panelů pokrývajících střechy, pole a pouště světa dnes sdílí stejnou složku: krystalický křemík.Materiál vyrobený ze surového polysilikonu je tvarován do plátků a zapojen do solárních článků, zařízení, která přeměňují sluneční světlo na elektřinu.V poslední době se závislost tohoto odvětví na této jedinečné technologii stala něčím jako přítěží.Překážky v dodavatelském řetězcizpomalujínové solární instalace po celém světě.Hlavní dodavatelé polysilikonu v čínském regionu Xinjiang —obviněn z používání nucené práce od Ujgurů– čelí americkým obchodním sankcím.
Naštěstí krystalický křemík není jediným materiálem, který může pomoci využít sluneční energii.Ve Spojených státech vědci a výrobci pracují na rozšíření výroby solární technologie teluridu kadmia.Telurid kadmia je typem „tenkovrstvého“ solárního článku, a jak název napovídá, je mnohem tenčí než tradiční křemíkový článek.Dnes panely používají telurid kadmiadodávky asi 40 procentna americkém trhu s energetickými službami a asi 5 procent na celosvětovém solárním trhu.A mohou těžit z protivětru, kterému čelí širší solární průmysl.
"Je to velmi nestálá doba, zejména pro dodavatelský řetězec krystalického křemíku obecně," řekl Kelsey Goss, analytik solárního výzkumu pro energetické poradenské skupiny Wood Mackenzie."Výrobci teluridu kadmia mají v nadcházejícím roce velký potenciál získat větší podíl na trhu."Zvláště, poznamenala, protože sektor telluridu kadmia se již zvětšuje.
V červnu to řekl výrobce solárních zařízení First Solarinvestovat 680 milionů dolarůve třetí solární továrně na telurid kadmia v severozápadním Ohiu.Až bude zařízení dokončeno, v roce 2025, bude společnost schopna vyrobit v oblasti solární panely o výkonu 6 gigawattů.To stačí k napájení zhruba 1 milionu amerických domácností.Další solární firma se sídlem v Ohiu, Toledo Solar, nedávno vstoupila na trh a vyrábí panely z teluridu kadmia pro obytné střechy.A v červnu Ministerstvo energetiky USA a jeho Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie, neboli NREL,zahájila program za 20 milionů dolarůurychlit výzkum a rozšířit dodavatelský řetězec teluridu kadmia.Jedním z cílů programu je pomoci izolovat americký solární trh od globálních omezení dodávek.
Výzkumníci z NREL a First Solar, dříve nazývaných Solar Cell Inc., spolupracovali od počátku 90. let na vývojitechnologie teluridu kadmia.Kadmium a telurid jsou vedlejšími produkty tavení zinkových rud a rafinace mědi.Zatímco křemíkové plátky jsou spojeny dohromady, aby se vytvořily články, kadmium a tellurid se nanášejí jako tenká vrstva – asi desetina průměru lidského vlasu – na tabuli skla spolu s dalšími materiály, které vedou elektřinu.First Solar, nyní největší světový výrobce tenkých vrstev, dodal panely pro solární instalace ve 45 zemích.
Tato technologie má oproti krystalickému křemíku určité výhody, řekla vědkyně NREL Lorelle Mansfieldová.Například proces tenkého filmu vyžaduje méně materiálů než přístup založený na destičkách.Technologie tenkého filmu je také vhodná pro použití v flexibilních panelech, jako jsou panely, které zakrývají batohy nebo drony nebo jsou integrovány do fasád a oken budov.Důležité je, že tenkovrstvé panely fungují lépe při vysokých teplotách, zatímco křemíkové panely se mohou přehřívat a stát se méně účinnými při výrobě elektřiny, řekla.
Ale krystalický křemík má navrch v jiných oblastech, jako je jejich průměrná účinnost – což znamená procento slunečního záření, které panely absorbují a přeměňují na elektřinu.Historicky měly křemíkové panely vyšší účinnost než technologie teluridu kadmia, i když se mezera zmenšuje. Dnešní průmyslově vyráběné křemíkové panely mohou dosahovat účinnosti18 až 22 procent, zatímco First Solar oznámila průměrnou účinnost 18 procent u svých nejnovějších komerčních panelů.
Hlavní důvod, proč křemík ovládl globální trh, je však relativně jednoduchý."Všechno závisí na ceně," řekl Goss."Solární trh má tendenci být vysoce řízen nejlevnějšími technologiemi."
Krystalický křemík stojí asi 0,24 až 0,25 USD na výrobu každého wattu solární energie, což je méně než u jiných uchazečů, řekla.Společnost First Solar uvedla, že již neuvádí cenu za watt na výrobu svých panelů z teluridu kadmia, pouze náklady „výrazně klesly“ od roku 2015, kdy společnosthlášené náklady 0,46 $ za watt— a nadále každým rokem klesají.Existuje několik důvodů pro relativní levnost křemíku.Surovina polysilikon, která se také používá v počítačích a chytrých telefonech, je dostupnější a levnější než dodávky kadmia a telluridu.Jak se továrny na křemíkové panely a související komponenty zvětšovaly, celkové náklady na výrobu a instalaci technologie klesaly.Čínská vláda také silněpodporované a dotovanékřemíkový solární sektor země – až tak mocasi 80 procentsvětového dodavatelského řetězce solární výroby nyní prochází Čínou.
Klesající náklady na panely způsobily globální solární boom.Za poslední desetiletí se celková instalovaná solární kapacita na světě zvýšila téměř desetinásobně, z přibližně 74 000 megawattů v roce 2011 na téměř 714 000 megawattů v roce 2020,podleMezinárodní agentura pro obnovitelnou energii.Spojené státy představují asi jednu sedminu světového celku a solární energie je nyníjeden z největších zdrojůnové elektrické kapacity instalované v USA každý rok.
Podobně se očekává, že náklady na watt teluridu kadmia a dalších technologií tenkého filmu budou klesat s rozšiřováním výroby.(Říká First Solarže když se otevře její nové zařízení v Ohiu, bude společnost dodávat nejnižší náklady na watt na celém solárním trhu.) Ale náklady nejsou jedinou metrikou, na které záleží, jak jasně ukazují aktuální problémy dodavatelského řetězce a obavy o práci v tomto odvětví.
Mark Widmar, generální ředitel First Solar, uvedl, že plánované rozšíření společnosti o 680 milionů dolarů je součástí většího úsilí vybudovat soběstačný dodavatelský řetězec a „oddělit“ americký solární průmysl od Číny.Přestože panely z teluridu kadmia nepoužívají žádný polysilikon, společnost First Solar pociťovala další výzvy, kterým toto odvětví čelí, jako jsou pandemie způsobené nedodělky v odvětví námořní dopravy.V dubnu společnost First Solar řekla investorům, že přetížení amerických přístavů zdržuje dodávky panelů z jejích zařízení v Asii.Zvýšení produkce v USA umožní společnosti používat k přepravě panelů silnice a železnice, nikoli nákladní lodě, řekl Widmar.A stávající recyklační program společnosti pro její solární panely jí umožňuje mnohonásobně znovu používat materiály, což dále snižuje její závislost na zahraničních dodavatelských řetězcích a surovinách.
Zatímco First Solar chrlí panely, vědci společnosti i NREL pokračují v testování a vylepšování technologie teluridu kadmia.V roce 2019 partneřivyvinuli nový přístupto zahrnuje „dopování“ tenkovrstvých materiálů mědí a chlórem pro dosažení ještě vyšší účinnosti.Začátkem tohoto měsíce, NRELoznámil výsledky25letého terénního testu ve venkovním zařízení v Golden, Colorado.Dvanáctipanelová řada panelů z teluridu kadmia pracovala na 88 procent své původní účinnosti, což je dobrý výsledek pro panel, který je venku déle než dvě desetiletí.Degradace „je v souladu s tím, co dělají křemíkové systémy“, podle zprávy NREL.
Mansfield, vědec NREL, řekl, že cílem není nahradit krystalický křemík teluridem kadmia nebo vytvořit jednu technologii jako lepší než druhou."Myslím, že pro všechny je na trhu místo a každý z nich má své uplatnění," řekla."Chceme, aby veškerá energie šla na obnovitelné zdroje, takže opravdu potřebujeme všechny tyto různé typy technologií, abychom se s touto výzvou vyrovnali."
Čas odeslání: 17. září 2021