Kustannuksia alentava ohutkalvon aurinkosähkötekniikka voisi kokea renessanssin Yhdysvaltojen valmistajan First Solarin viimeisimpien tehokkuusinnovaatioiden ansiosta. Kuva: First Solar, Inc.
Sisäpuolella loistava yhden kerroksen toimistorakennus Bedfordissa, Massissa, salaisessa huoneessa, jota kutsutaan kasvuhalliksi, aurinkovoiman tulevaisuus kypsyy yli 2,500 ° F. Suljettujen ovien ja taittuneiden kaihtimien takana räätälöityjen uunien, joissa on kunnianhimoiset nimet, kuten "Fearless" ja "Intrepid", avulla voidaan täydentää uutta tekniikkaa, jolla valmistetaan piikiekkoja, nykypäivän aurinkopaneelien työhön. Jos kaikki menee hyvin, uusi menetelmä voisi vähentää aurinkoenergian kustannuksia enemmän kuin 20 prosenttia lähivuosina.
”Tämä nöyrä kiekko sallii aurinkoenergian olla yhtä halpaa kuin hiili ja muuttaa merkittävästi energiankulutusta”, sanoo Frank van Mierlo, toimitusjohtaja 1366 Technologies, uuden kiekkojen valmistusmenetelmän takana oleva yritys.
Salaiset huoneet tai ei, nämä ovat jännittäviä aikoja uusiutuvan energian maailmassa. Teknologian kehityksen ja tuotannon lisääntymisen ansiosta vuosikymmenen aikana verkkojen pariteetti - se kohta, jossa uusiutuvan energian lähteet, kuten aurinko ja tuuli, maksavat samoin kuin fossiilisten polttoaineiden poltosta peräisin oleva sähkö, lähestyy nopeasti. Joissakin tapauksissa se on jo saavutettu, ja ylimääräiset innovaatiot, jotka odottavat siipissä, ovat valtavia lupauksia kustannusten alentamisesta entisestään, uusiutuvan energian uusi aikakausi.
Aurinko-yllätys
Tammikuussa 2015, Saudi-Arabian yritys ACWA-virta yllätti teollisuuden analyytikot, kun se voitti tarjouksen rakentaa Dubaissa 200-megawatin aurinkovoimalaitoksen, joka pystyy tuottamaan sähköä 6 senttiä kilowattitunnilta. Hinta oli alhaisempi kuin maakaasu- tai hiilivoimalaitoksilla tuotetun sähkön hinta, joka oli ensimmäinen aurinkopaneeliin. Uuden maakaasun ja kivihiilitehtaiden sähkön hinta olisi arvioitu 6.4 senttiä ja 9.6 senttiä kilowattituntia kohden, Yhdysvaltain energiatietoviraston mukaan.
Teknologinen kehitys, mukaan lukien aurinkosähkö, joka voi muuntaa korkeamman auringonvalon osuuden energiaksi, on tehostanut aurinkopaneeleja. Samalla mittakaavaedut ovat vähentäneet kustannuksiaan.
Suuressa osassa aikaisia 2000-laitteita aurinkopaneelin tai -moduulin hinta kääntyi noin 4: n hintaan wattia kohti. Tuolloin Martin Green, yksi maailman johtavista aurinkosähkö-tutkijoista, laskee jokaisen komponentin kustannukset, mukaan lukien piikiekkojen valmistuksessa käytetyt monikiteiset piikangot, moduulin ulkopuolelta suojaava lasi ja moduulin johdotuksessa käytetty hopea . Green ilmoitti kuuluisasti, että niin kauan kuin luotamme aurinkovoiman kiteiseen piihin, hinta ei todennäköisesti koskaan pudota alle 1 / wattia.
”Siellä on kymmenesosa prosenttiosuudesta tehokkuuden kasvusta ja kustannussäästöistä, jotka ovat lisänneet aurinkoenergian kilpailukykyä.” - Mark BarineauTämä tulevaisuus, Green ja lähes kaikki muut alalla uskovat, oli ohuilla kalvoilla, aurinkomoduuleilla jotka perustuivat muihin materiaaleihin kuin piihin, jotka vaativat murto-osan raaka-aineista.
Sitten 2007: sta 2014: iin kiteisten piimoduulien hinta putosi $ 4: sta wattia kohti $ 0.50 per watt, mutta paitsi ohuiden kalvojen kehittämisen.
Kustannusten dramaattinen pieneneminen johtui monista lisäkannoista, sanoo Mark Barineau, aurinkeanalyytikko, Lux-tutkimus. Tekijöihin kuuluu uusi, edullinen prosessi monikiteisen piimen valmistamiseksi; ohuemmat piikiekot; ohuemmat johdot moduulin etuosassa, jotka estävät vähemmän auringonvaloa ja käyttävät vähemmän hopeaa; vähemmän kalliita muoveja lasin sijasta; ja valmistuksen automatisointi.
”Siellä on kymmenesosa prosenttiosuudesta tehokkuuden kasvusta ja kustannussäästöistä, jotka ovat lisänneet aurinkokunnan kilpailukykyä”, Barineau sanoo.
25 senttiä per Watt
”Alle $ 1 [wattia kohti] on ylittänyt odotukseni, Green sanoo. "Mutta nyt, mielestäni se voi saada vieläkin pienemmäksi."
Yksi todennäköinen ehdokas saada se on 1366in uusi menetelmä kiekkojen valmistukseen. Nykyisten aurinkopaneelien takana olevat piikiekot leikataan suurista monikiteisen piikangoista. Prosessi on äärimmäisen tehoton, ja se kääntää jopa puolet alkuperäisestä harkosta sahanpuruksi. 1366 on erilainen, sulattaa piitä erityisesti rakennetuissa uuneissa ja muokkaa sen ohuiksi kiekkoiksi alle puolet kullan piikkikustannuksista tai kiteisen silikonimoduulin kokonaiskustannusten alenemisesta. 20 toivoo aloittavansa massatuotannon 1366issa van Mierlon mukaan.
Samalla ohuet kalvot, jotka ajattelivat olevan aurinkoenergian tulevaisuus ja jotka sitten murskattiin edullisen kiteisen pii, saattavat kokea renessanssin. Viimeaikainen ennätyksellinen edullinen tarjous aurinkoenergialla Dubaissa valjastaa Yhdysvaltain valmistajan ohutkalvon kadmiumtelluridi-aurinkokennoja First Solar. Yhtiö ei vain roikkunut, kun valtaosa ohutkalvoyhtiöistä taittui, vaan on johdonmukaisesti tuottanut joitakin halvimmista moduuleista lisäämällä aurinkokennojen tehokkuutta tuotannon kasvattamisessa. Yhtiö sanoo nyt voivansa valmistaa aurinkokennoja vähemmän kuin 40 senttiä wattia kohden ja ennakoi hintojen alentamista tulevina vuosina.
Kymmenen vuotta sitten saimme helposti nähdä aurinkomoduulien kustannukset pudottamalla 25-senttiin wattia kohti tai noin puolet niiden nykyisistä kustannuksista, Green sanoo. Kustannusten pienentämiseksi tämän jälkeen auringonvalon sähkönsiirron tehokkuutta on lisättävä merkittävästi. Jotta sinne pääsee, muut puolijohdemateriaalit on pinottu olemassa olevien aurinkokennojen päälle, jotta aurinkosäteilyä voidaan muuntaa sähköksi.
"Jos voit pinota jotain piikiekon päälle, se on melko lyömätön", Green sanoo.
Green ja kollegansa asettivat ennätyksen kiteisestä piikiekkomoduulin tehokkuudesta 22.9-prosentissa 1996issa, joka on edelleen käytössä. Vihreä epäilee, että kiteisen pii-aineen tehokkuus yksinään on paljon suurempi. Solupinoamisen yhteydessä hän kuitenkin sanoo, että "taivas on raja."
Koko
Vaikka aurinkoenergia on vasta alkamassa verkkojen pariteettia, tuulienergia on jo olemassa. 2014issa maapallon tuulivoiman keskimääräinen maailmanlaajuinen hinta oli sama kuin maakaasusta saatu sähkö, Bloombergin uuden energian rahoituksen mukaan.
Kuten aurinkoenergialla, luotto menee myös teknologian kehitykseen ja volyymin kasvuun. Tuulen osalta innovaatio on kuitenkin ollut pääosin kokoinen. 1981: sta 2015: iin tuulivoimalan roottorin terän keskimääräinen pituus on kasvanut yli kuusi kertaa, 9-metreistä 60-mittareihin, kun tuulivoiman hinta on laski 10-kertoimella.
”Roottorin koon lisääminen tarkoittaa sitä, että otat enemmän energiaa, ja se on tuulienergian kustannusten vähentämisen ainoa tuonnin kuljettaja”, sanoo D. Todd Griffith Sandia National Laboratories Albuquerquessa, New Mexicoissa.
Griffith valvoi viime aikoina Sandian useiden 100-metrin pituisten prototyyppiterien rakentamista ja testausta. Kun projekti käynnistyi 2009: ssa, kaupallisen toiminnan suurimmat terät olivat 60-metriä pitkiä. Griffith ja hänen kollegansa halusivat nähdä, kuinka pitkälle ne voisivat työntää yhä kasvavien terien suuntausta ennen kuin ne joutuivat suunnittelun ja materiaalin rajoituksiin.
"Odotan täysin 100-mittarin teriä ja sen jälkeen." - D. Todd GriffithTheirin ensimmäinen prototyyppi oli kaikki lasikuituinen terä, joka käytti samankaltaisia malleja ja materiaaleja kuin suhteellisen pienissä kaupallisissa terissä. Tuloksena oli liian raskas 126-ton-terä, joka oli niin ohut ja pitkä, että se oli alttiina voimakkaille tuulille ja gravitaatiokannoille.
Ryhmä teki kaksi seuraavaa prototyyppiä, jotka käyttivät vahvempaa, kevyempää hiilikuitua ja terän muotoa, joka oli tasainen selkänoja terävän reunan sijasta. Tuloksena oleva 100-mittari oli 60-prosenttiyksikköä kevyempi kuin niiden alkuperäinen prototyyppi
Koska hanke alkoi 2009issa, kaupallisissa merituulivoimaloissa käytettävät suurimmat terät ovat kasvaneet 60-metreistä suunnilleen 80-mittareihin, kun parhaillaan kehitetään parempia kaupallisia prototyyppejä. ”Odotan täysin 100-mittarin teriä ja sen jälkeen”, Griffith sanoo.
Kun terät kasvavat pidempään, ne nostavat tornit ovat pitempiä saamaan johdonmukaisemman, nopeamman tuulen. Ja kun tornit kasvavat pidemmälle, kuljetuskustannukset ovat yhä kalliimpia. Vastatakseen lisääntyneisiin kustannuksiin GE äskettäin debytoi "avaruuskehys" -torni, teräsverkko torni kääritty kangas. Uudet tornit käyttävät karkeasti 30-prosenttisesti vähemmän terästä kuin tavanomaiset samanpituiset putkitornit, ja ne voidaan toimittaa kokonaan standardikokoisissa kuljetuskontteissa paikan päällä. Yhtiö sai äskettäin Yhdysvaltain energiaministeriöltä $ 3.7 miljoonan suuruisen apurahan, jolla kehitettiin samanlaisia avaruuskehysleikkuja.
Offshore-innovaatio
Kuitenkin kiteisen pii-aurinkopaneelien tapaan olemassa oleva tuulitekniikka kulkee lopulta materiaalirajojen vastaisesti. Toinen innovaatio tuulen näkökulmasta liittyy pikemminkin paikkaan. Tuulivoimapuistot liikkuvat offshore-alueella, kun pyritään lisäämään tuulivoimia ja vähemmän maankäytön konflikteja. Mitä kauempana merellä ne kulkevat, sitä syvempi vesi on, mikä tekee nykyisestä menetelmästä turbiinien kiinnittämiseksi merenpohjaan kohtuuttoman kalliiksi. Jos teollisuus siirtyy sen sijaan kelluviin tukirakenteisiin, nykypäivän huipputekninen tuuliturbiinisuunnittelu todennäköisesti osoittautuu liian raskaaksi.
Yksi mahdollinen ratkaisu on pystysuuntainen turbiini, jossa pää roottorin akseli on asetettu pystysuoraan, kuten iloinen kulkee, eikä vaakasuunnassa kuin tavanomainen tuulivoimala. Tällaisen turbiinin generaattori voitaisiin sijoittaa merenpinnalle, jolloin laite on paljon pienempi painopiste.
”On erittäin hyvä mahdollisuus, että jokin muu turbiinitekniikka, hyvin pystysuora akseli, on kaikkein kustannustehokkain syvässä vedessä”, Griffith sanoo.
Viime vuosikymmen on tuottanut merkittäviä innovaatioita aurinko- ja tuuliteknologiassa, mikä on parantanut tehokkuutta ja kustannuksia, jotka joissakin tapauksissa ovat ylittäneet optimistisimmat odotukset. Tuleva vuosikymmen tuo mukanaan epäselvyyttä, mutta jos historia on opas, uusiutuvien energialähteiden tulevaisuus näyttää erittäin myönteiseltä. 
Tämä artikkeli on alun perin ilmestynyt Ensia
Author
Phil McKenna on freelance-kirjailija, joka on kiinnostunut kiehtovien yksilöiden ja kiehtovien ideoiden lähentymisestä. Hän kirjoittaa pääasiassa energiasta ja ympäristöstä keskittyen uutisten takana oleviin henkilöihin. Hänen työnsä näkyy - New York Times, Smithsonian, WIRED, Audubon, New Scientist, Teknologiakatsaus, MATTER ja NOVA, jossa hän on avustava toimittaja.
