Celule fotovoltaice – afacerea viitorului

0

panouri solare fotovoltaice

Este usor sa faci o mica gramada de bani din celule fotovoltaice, dar foarte greu sa faci una mare.
Motivul este unul dintre fundamentele in economia pietei marketingului: cu cat tintesti catre o piata mai larga cu atat mai multi concurenti vei intalni.
Daca doar vrei sa pornesti un miliard de dolari spatiu pentru o proba, aproape orice pret pe watt este acceptabil. Daca vinzi doar la ferme tu doar trebuie sa incarci mai putin decat costul de functionare a unei linii putere dintr-un bazin generos.

Panouri solare ElectriceIn unele parti ale lumii, competitia cu o insasi retea de electricitate poate fi un joc usor pe parcursul unui varf al consumului pe ore. Dar daca vrei un varf de piata departe, va trebui sa pui pretul celulelor tale la aproximativ 1$ pe watt. Acel pret este numit retea de egalitate si este vasul sfant in industria fotovoltaica. Pe putin 80 de firme din jurul lumii,de la Austin la Osaka sunt in cursa.

Surprinzator, in acest moment nici o companie nu este mai aproape de acest vas sfant decat o mica incepere numita First Solar, care pana de curand era cunoscuta doar specialistilor. Este localizata in Tempe, Ariz, USA, iar analistii sunt de accord ca foarte probabil va intalni acea tipica retea de egalitate a pretului in tarile dezvoltate in doar 2-4 ani. Are un registru de comanda de multibillioane de dolari, vinde toate celulele pe care le poate face, adauga capacitate productiei cat de repede poate si valoarea pretului a urcat de la 25$ la peste 250$ in doar 18 luni.

Sistem de panouri solare fotovoltaice pentru producerea curentului electricCel mai rasunator lucru despre First Solar? Compania nu va vorbi cu reporterii. Deloc. Timiditatea companiei pare sa se bazeze pe natura secretelor sale industriale. Aceasta are mai putin de a face cu mecanismul First Solar un design vechi de deceniu bazat pe un film subtire de telur, compania producandu-l pe aceasta cale. Cumva, First Solar a escaladat prinzand lumina de la lipirea unui timbru la dimensiunea semnarii unui comert.

Ceea ce compania descopera este ca produsul ei are 3 costuri benefice masive. Elementul ei activ este suta de grosime din vechiul stand-by, siliciu; este creata pe un substrat de sticla, care permite producerea de mari panouri, si fabricatia dureaza doar doua ore jumatate, aproximativ al zecelea timp care trebuie pentru echivalentii siliciului. Bineinteles, nu este de ajuns ca First Solar sa potriveasca costurile de la generatia de combustibil fosil pe grila; trebuie de asemenea sa mentina marginea sa economica asupra altor fotovoltaice. Sunt tehnologii nascente suplimentare incluzand celule bazate pe cupru, indiu, gallium, diselenid, siliciu pe sticla si combinatia de germaniu, galliu arsenic si galliu indiu.


Chiar conventia tehnologiei siliciului, care a dominat piata de cand a fost lansat in anul 1950, pare sa aiba mult kick ramas in ea. In prezent,desi sufera de propriul succes, este o insatiabila cerere de celule de siliciu, care a condus la un deficit de materii prime. Oricum, daca lipsa de siliciu dispare la sfarsitul decadei, de asteptat ca pretul de vanzare va trebui sa scada substantial de nivelurile recente, care au fluctuat intre 3$ si 4$ pe watt.

In acest moment, First Solar depinde in principal pe un program de guvernare de subventii in Germania unde are contracte care valoreza mai mult de 6 billioane de dolari pana in 2012.

Alte piete cu acelasi tip de subventii (cunoscute ca hrana in tarife, care imprastie costurile energiei alternative printre toti clientii) includ Franta, Italia, Spania, Coreea de sud si Ontario – Canada. Pentru a completa aceste comenzi, compania este in curs de o expansiune masiva a facilitatilor sale de fabricatie care ar trebui sa duca la cresterea anuala a capacitatii productiei la doar un gigawatt pana in 2009. Aceasta capacitate ar putea aproviziona unu pe sase din estimarea globala anuala a bussiness-ului de celule solare, care in prezent creste cu 50 de procente pe an.

Aceasta rapida sol-up este impresionanta pentru o companie fondata numai in 1999, dupa ce a dobandit tehnologia de cadmiu-tellur de la achizitionarea Solar Cells Inc (SCI). Cash pentru lansare a venit de la firma de capital IWMA, al carei presedinte Michael Ahearn, a devenit First Solar’s CEO care inca mai conduce compania. First Solar a inceput prin dezvoltarea tehnologiei de fabricatie la Perrysburg, Ohio. Operatiunile comerciale au inceput in ianuarie 2002 cu 25 de magawatti pe o baza de plante dar care au inceput volumul mare de productie cativa ani mai tarziu. De atunci, compania a replicat linia sa de fabricatie in statul Ohio, a mai creat inca 4 linii in Germania si a inceput sa construiasca un sfert pe plantele din Malaysia, care va aduce numarul total de linii de productie in aceea tara la 16. Recent Ahearn a spus investitorilor ca primul panou din Malaysia a inceput sa produca celule si acesta ar trebui sa opereze la capacitate maxima la sfarsitul anului viitor. Capacitatea liniei a atins chiar 45 MW.

Celulele sunt fabricate pe 0.6 pana la 1.2 mp foi de sticla, care sunt curatate si taiate intr-un unghi sa produca putere, fara margini defecte, cerute pentru a procesa. Sticla a fost deja filmata cu o transparenta de oxid de staniu care prevede contactul electric cu dispozitivul. Aceasta platforma de inceput este radical diferita de cea pentru celulele de siliciu, care sunt facute din  monocristaline si policristaline mult mai mici. Urmeaza, dispozitivele de straturi care sunt depozitate pe foi.


Aceasta este etapa la care secretul First Solar cu siguranta se aplica spune John Hardy, un analist la American Technology Research, in Greenwich, Conn. In viziunea sa, pastrand acest secret, este unul dintre principalele motive pentru care First Solar refuza sa vorbeasca cu media. Cu toate acestea, este inca posibil de a dezvalui cateva intre detaliile procesului de crestere First Solar. Dieter Bonnet de la CdTe celula si presedintele Solarpact, un consortiu de cercetare in Germania, spune ca procesul First Solar este doar o versiune rafinata de cea utilizata de predecesorii ei, SCI, care a lansat un raport despre tehnologia ei de fabricare in 1993. Interesant, acest document a fost coautorat de James Nolan, un director curent la First Solar, persoana responsabila pentru design si crearea de echipamente prototip pentru linia de fabricatie pilot.

Raportul de la SCI descrie un elementar proces de depunere al vaporilor, care are loc in 4 camere. Sticla este plasata pe role si hranita in prima camera, unde este incalzita la 600C. Apoi este transferata in a doua camera, care este plina de vapori de sulfat de cadmiu, formati prin incalzirea solida a CdS la 700C. Vaporii formeaza o depozitare submicrometrica pe sticla in timp ce se misca prin acest nor, apoi dupa un proces similar in a treia camera adauga un strat micrometric gros CdTe in 40 de secunde. Apoi un gust de gaz nitrogen raceste rapid panourile la 300C in a patra camera, consolidand materialul astfel incat sa reziste grindinei si vanturilor puternice. Cele doua straturi,CdS si CdTe sunt critice deoarece acestea constituie nodurile electronice care transforma lumina in electricitate. Cea mai mare parte a luminii solare introdusa in sticla trece printr-un strat subtire CdS inainte sa fie absorbita de mult film gros de CdTe.

Aici lumina transfera energie electronilor in CdTe, eliberarea acestora de la obligatia normala a statului astfel incat sa se poata misca prin material. Pentru a le pune in miscare, oricum iti trebuie un camp electric intern. In celulele de siliciu, acest domeniu este creat intern construind doua straturi adiacente cu proprietati electronice diferite. Un strat consta in siliciu dopat cu sume mici de fosfor, care are mai multi electroni in exteriorul orbitalului decat siliciul. Cand un atom de fosfor este inserat in locul unui atom de siliciu, acel extra electron este transferat in cristalul de zabrele. Deoarece acesti electroni se misca aproape liberi si transporta o sarcina negativa, acest material este cunoscut ca n-tip de siliciu. P-tip de siliciu,pe de alta parte, devine corespunzator sarcinii pozitive a particulelor din sumele minuscule de bor, un element care are mai putin cu un electron decat siliciul in afara invelisului.

In acest caz nu sunt electroni de ajuns pentru a forma toate obligatiunile covalente cerute, deci electronii se muta in jur, incercand sa compenseze acest deficit care este numit un orificiu. Orificiile sunt cum ar fi libere cu particule incarcate pozitiv. Cand materialele p-tip si n-tip sunt plasate impreuna ele formeaza un nod p-n. Electronii si orificiile se atrag unul pe altul, congregate de interfata si parasesc regiunile p-tip si n-tip cu sarcini negative si pozitive, respectiv creand campul electric necesar. CdTe bate siliciul in acest sens deoarece poate forma un nod p-n mai simplu. CdTe si CdS sunt facute prin unirea a doua elemente cu numere diferite de electroni in exteriorul invelisului lor, si orice deviatie de la o balanta exacta de 50:50 intre aceste elemente produce o dopare materiala. De fapt,o usoara dezechilibrare naturala, apare in ambele materiale, si aceasta se face foarte usor pentru a face p-tip CdTe si n-tip CdS. In siliciu, cele doua jumatati ale nodului cer mai multi pasi pentru fabricare.


Un alt avantaj rezulta din pozitia marginii absorbite a CdTe-ului. Calculele au aratat ca celula solara ideala va incepe sa absoarba lumina solara la o lungime de unda de 910 nanometrii. CdTe este aproape de acest loc dulce, cu absorbtie incercata la 850 nm, in timp ce siliciul incepe sa absoarba doar 1,1 micrometri. Dupa ce se formeaza nodul intre CdTe si CdS in instrumentul celei de-a patra camere, First Solar incalzeste panourile pentru a imbunatati eficienta cu care se transforma lumina in electricitate.   Bonnet spune ca acest proces are loc in prezenta unei forme de clorura, deoarece aceasta stimuleaza eficienta desi mecanismul nu este inca inteles.

Beneficiile sunt semnificative si rezultatele de laborator au aratat eficienta acelei celule mai mult de dublu ca rezultat, mai bine de 10 procente. Odata ce incalzirea este terminata, un laser moduleaza foaia CdTe-ului in mici matrici, celule solare dreptunghiulare conectate in serie. Prin insiruirea impreuna a numarului drept de celule, acest proces croieste iesirea panourilor sa produca 70 volt-module, livrand un curent care variaza de la 0.97 la 1.08 amperi. In final, First Solar depune un contact de metal pe CdTe si adauga un laminat, o foaie de sticla acopera spatele si firele terminale.

Modulele de azi elibereaza 75W la o eficienta de conversie de 10.6 procente si are costuri de fabricare de 1.14$/W. Acesta este un fel de pret de vanzare nmai jos decat 2.45$/W, astfel compania se bucura de o margine a profitului sanatoasa. Oricum, a concura impotriva surselor de combustibil fosil pe piata libera, si incasarea unui profit micut, compania va trebui sa duca costurile de fabricare mai jos intre 0.65$/W si 70$/W.

Pentru a face asa, spune investitorilor ca trebuie sa reduca costurile de fabricatie si sa creasca eficienta conversiei la 12 procente. A ajunge acolo, este in intregime fezabil din punctul de vedere ca celulele CdTe au un maxim teoretic de mai bine de 20 de procente, National Renewable Energy Laboratory, in Golden, Colo, deja a produs celule cu 16.5 procente de eficienta. La prima vedere poti crede ca eficienta conversiei nu ar trebui sa conteze, atata timp cat pretul pe watt este destul de jos. Acest argument se aplica numai la nivelul unui modul individual, oricum nu o intreaga instalatie. Deoarece panourile First Solar sunt mai putin eficiente decat design-urile cu siliciu, ele au nevoie de mai mult spatiu pentru a absorbi destula lumina solara, si aceasta ridica ambele costuri, pentru imobile si instalare. Compania are ca scop reducerea costurilor de instalare prin numerarul recent de achizitionare din U.S. firma Turner Renewable Energy, care face design si schiteaza proiecte solare comerciale.

Costurile totale de asemenea reflecta viata asteptata a modulelor. First Solar spune ca produsul ei va dura 25 de ani apoi toate materialele vor fi returnate companiei pentru reciclare. Pe langa sprijinirea mediului, reciclarea ar prevedea First Solar cu materiale, desi dupa o lunga asteptare. Cadmiul este abundent ca un produs de  mina dar unele critici pun la indoiala accesibilitatea pe termen lung la nivel global a telurului. Presedintele companiei Bruce Sohn dezminte aceasta notiune. Intr-o conferinta tinuta in mai el a spus: „Noi nu vedem nici o problema de aprovizionare cu telur. Noi avem un cuplu de resurse si ne-am incheiat de jos contractul nostru pe termen lung pentru materii prime. Acest lucru ne-a ajutat sa mentinem aprovizionarea la fel de bine ca si pretul.”


Desi modulele ar fi mari la furnizarea de energie electrica solara la locuinte, pentru moment First Solar nu vinde la public. Ahearn a spus investitorilor ca, compania are destul de greu timp sa furnizeze cererea pentru fermele solare – 55 procente din business-ul ei – si instalatii comerciale Rooftop. Panourile pentru fermele solare pot fi montate cu costuri mici pe sisteme. Cele mai multe instalatii Rooftop sunt pentru sedii. Astfel de dislocari pot fi vazute ca hazardate, deoarece intr-un incendiu, panourile ar putea da afara  potentialul fatal de fum de cadmiu. Pentru a combate aceste temeri, First Solar citeaza un experiment facut la Brookhaven National Laboratory in Upton,N.Y, in care celulele incalzite la 1100C pierd doar 0.04 procent din cadmiu, o cantitate insignifianta.

Mult mai serioasa este amenintarea reprezentata de rivalii tehnologiei filmului subtire care impreuna au primit nivele foarte inalte ale investitiei de cand a inceput lipsa de siliciu. Dintre alternativele tehnologiei, CIGS a strans cele mai multe titluri, multumita pretinderii sale catre maxima eficienta la 20 procente. Un alt avantaj este usurinta cu care CIGS poate fi depozitata ca un film subtire. Aceasta tehnologie mai are inca de trait pana la facturare, oricum.

„Este vorba  de o multime groaznica spre deosebire de o multime reala” spune Robert Castellano, presedintele Information Network bazat pe New Tripoli, Penn: „Nimeni nu a venit sus, cu o productie de configurare full-umflata, si asta a acrit tot capitalul de risc si companiile private de capital”. El a spus ca investitorii au fost atrasi de simple promisiuni, productia rapida de procesare pentru panouri are o eficienta de 12 procente. In fapt, desi eficienta a fost mai scazuta si fabricatia a fost amanata.

Heliovolt Corp, in Austin Texas si Nanosolar in San Jose, Calif., de exemplu, fiecare s-a ridicat la peste 100 milioane de dolari de investitii dar sunt numai pt fabricatie dupa 5 ani de dezvoltare.

O alta tehnologie de film subtire, numita amorfa de siliciu pe sticla, deja este un impact pe piata solarelor. Are eficienta de aproximativ 7 procente si deoarece foloseste numai cantitati subtiri de siliciu, a fost in mare parte afectata de lipsa de siliciu. De asemenea, deoarece echipamentul pentru fabricatie este mult mai disponibil decat pentru tehnologia CdTe, este o bariera mai mica sa intri sa devii producator  „Clientul poate lua orice de la noi” spune Juerg Steinmann, capul comunicarii marketingului la Oerlikon Solar, in Truekbach, Elvetia.  Serviciile sale se dovedesc a fi populare si cumparatorii sunt in prezent interesati de sistemul de productie pentru fabricatie de 40MW sau 60MW pe an.  „Inlauntrul unui timp relativ scurt noi vom avea factori gigawatti” spune Steinmann. Uneltele Oerlikon produc 85-W panouri solare care acopera 1.4 metrii patrati, folosind 0.3 um strat de amorfa siliciu care atrage puternic lumina vizibila. Oricum, iesirea poate fi crescuta cu aproape jumatate cu aditia de 1.5 um strat de microcristalin de siliciu care absoarbe de asemenea si radiatiile infrarosii. Ultimul an mai tarziu Oerlikon a introdus echipamente cu procese modificate pentru cresterea microcristalinelor. Chiar si cu acest pas aditional de crestere, fabricatia totala tranzitata este rapida si compania elvetiana sustine ca producatorul care isi conduce uneltele sale poate face un modul solar aproape la fel de repede ca First Solar, Nevertheless, importanta totului, socoteala costului pe watt este usor inferioara.” Astazi privim la 1.50$ pe watt, iar prin 2010 scopul nostru va fi de 0.70$ pe watt.” spune Steinmann.


Ideea de a folosi mai mult de un material pentru a captura o proportie mai mare din radiatiile solare a fost de asemenea urmarita de Emcore Corp. Aceasta companie bazata in Albuquerque foloseste straturi de germaniu, galiu arseniu , galiu indiu fofid, pentru a produce celule care sunt aproximativ de trei ori mai eficiente decat cele First Solar. Dar costurile productiei sunt astronomice deoarece tehnica cere relativ rate de crestere lenta si deoarece depunerea se produce pe substraturi mici de germaniu. Chiar si asa, aceste dezavantaje nu impiedica Emcore de a se bucura de succes pe piata tintita initial, aplicatiile aerospatiale, in care eficienta mare si fiabilitatea sunt supreme.

Costurile celulelor mari pot fi compensate in sistemul celulelor solare terestre care foloseste lentile mari de oglinda pentru a focaliza lumina solara pe un factor de cateva sute crescand eficienta conversiei la aproape 40 procente. Dar aceasta strategie ia sens in doar 10 pana la 20 procente pe piata lumii. „Unde noi jucam, este foarte insorit, zone cu resurse solare mari, unde de asemenea este foarte cald” spune David Danzilio, vicepresedintele companiei insarcinat cu fotovoltaice. Din acest motiv vanzarile produselor Emcore sunt putin probabile de a lua mai mult de o musca din vanzarile sistemului First Solar, care pot fi folosite in toate climatele. Ceea ce toate acestea reprezinta este ca pe termen scurt principala concurenta pentru First Solar  va continua sa vina din conventionalele celule de siliciu.

Aceasta tehnologie matura este putin probabila pentru a furniza orice excursie majora in eficienta din cifra de azi de aproape 16 procente, dar daca lipsa siliciului dispare intr-un an sau doi, costurile materiale mai mici vor propulsa o reducere majora in cifra costului pe watt.

„Oricum, chiar daca polysiliciul va scadea signifiant ca pret, First Solar ar putea decupa preturile lor astfel incat sa vada aceleasi margini asa cum o fac modulele traditionale” spune Hardy de la American Technology Research.  „Definitiv ii va rani la pret, dar ei vor fi extrem de profitabili si la preturi mai mici”. Cu nici un concurent puternic in preajma, First Solar este bine plasata sa continue cautarile sale pentru reteaua de paritate. Ajungand acolo se va reduce susbstantial emisia de gaz de sera. Aceasta realizare va fi o mare mostenire si va face o mare poveste, dar va fi capabila First Solar sa o povesteasca?

Sursa: http://spectrum.ieee.org/aug08/6464

solar-magazin.ro

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (20 votes cast)
Celule fotovoltaice – afacerea viitorului, 5.0 out of 5 based on 20 ratings
Share.

Autor

Lasa un raspuns