Исследователи из Университета Пердью и Национальной лаборатории возобновляемой энергетики показали, что новый кристаллический материал способен удвоить эффективность солнечных элементов, производя солнечные панели, которые теоретически будут иметь КПД «две трети», а не текущую одну треть, доступную в массовых солнечных элементах на основе кремния. Их цель — улавливать «горячие электроны» с помощью этого гибридного перовскитного материала.
Исследования в области солнечной энергетики показали, что существует значительный потенциал для повышения эффективности, что приведет к дальнейшему снижению цен даже больше, чем уже произошло. Если вы читаете наш Electrek Green Energy Brief (9 утра по будням), вы увидите постоянные обновления из отрасли, показывающие путь от текущей стандартной эффективности 16% через потенциальную эффективность 26% только на кремнии. В настоящее время мы наблюдаем апгрейды оборудования PERC по всей отрасли. PERC, без дальнейших исследований — *только* внедрение и значительные капитальные вложения, похоже, дают четкий путь к 22% эффективности. Если вся солнечная индустрия сможет перейти от среднего показателя 16-17% к 22% — цена за ватт упадет еще на 30%, и это еще до того, как мы начнем рассматривать исследования нового поколения от университетов, таких как Пердью.
В Пердью этот материал, кристаллическая структура, содержащая как неорганические материалы (йод и свинец), так и органический материал (метиламмоний), повысит эффективность солнечных панелей, проводя (без потерь) по крайней мере две трети энергии, уловленной от солнечного света, не теряя более трети в виде тепла согласно пределу Шоккли-Квиссера.
К сожалению, входящие электроны могут иметь больше энергии (очень короткое время), чем система может обработать (сейчас мы говорим о теме, называемой запрещенными зонами). Эти электроны называются «горячими носителями», и в кремнии они существуют всего одну пикосекунду, преодолевая максимальное расстояние в 10 нанометров. Именно на этом этапе процесса преобразования энергии горячие носители отдают свою энергию в виде тепла. Это одна из основных причин неэффективности массовых солнечных элементов, вдохновленных кремнием.
«Расстояние, которое должны пройти горячие носители, как минимум равно толщине солнечного элемента, или около 200 нанометров, что этот новый перовскитный материал может обеспечить», — говорит Либай Хуанг, доцент химии в Пердью. «Также эти носители могут жить около 100 пикосекунд, что на два порядка дольше, чем у кремния».
Ниже – Ученые из Университета Пердью и Национальной лаборатории возобновляемой энергетики обнаружили, как электроны движутся в новом кристаллическом материале, и это открытие может привести к удвоению эффективности солнечных элементов. Снимки сверхскоростного микроскопа, подобные этим, показывают, что электроны в материале способны перемещаться на 200 нанометров с минимальными потерями энергии на тепло. (Изображение Университета Пердью, Либай Хуанг)
По словам Кая Чжу, старшего научного сотрудника Национальной лаборатории возобновляемой энергетики в Голдене, штат Колорадо (и одного из соавторов вышеупомянутой статьи):
«Следующим шагом будет поиск или разработка подходящих контактных материалов или структур с надлежащими энергетическими уровнями для извлечения этих горячих носителей с целью генерации энергии во внешней цепи, это может быть нелегко». И за это время им также придется выяснить, как заменить свинец. И добиться того, чтобы перовскит прослужил десятилетия, а не дни и месяцы.
Подобные исследования *не* являются движущей силой эффективности солнечных панелей сегодня – эти исследования начались давно – вышеупомянутые исследования принесут пользу завтра. Диаграмма эффективности солнечных элементов NREL — ниже — показывает различные технологии солнечной энергетики по мере их роста с течением времени. Синий диапазон — это то, где находятся большинство солнечных элементов, которые вы и я видим.
Хотя чудоматериал может появиться внезапно, как перовскит, похоже, сегодня обсуждается в СМИ, реальность такова, что большинство этих исследований занимает много времени для коммерциализации. Исследования солнечных элементов PERC начались в 1980-х годах — они начали внедряться недавно. Я только узнаю об этом, когда пишу для этого сайта в течение последних шести месяцев. Перовскит, вероятно, не окажет значительного влияния на рынок более десяти лет. Эта гетеропереходная ячейка с эффективностью 26,3%, созданная в Японии, или что-либо из того, что публикуют исследователи Фраунгофера сегодня — может оказать влияние в те же сроки (хотя сотрудники Фраунгофера проводят исследования на всех уровнях — включая прямую работу с производителями производственных линий солнечных панелей).
И именно по этим причинам я рассматриваю только увеличение эффективности солнечных элементов от сегодняшних средних значений до сегодняшних пиковых значений — потому что их реалистично увидеть на рынке. Многие проекты с ультрапремиальными SunPower были установлены под моим наблюдением. На прошлой неделе я подал еще одно предложение с солнечной панелью LG Neon с эффективностью более 19%, которая близка по производительности к SunPower, но намного дешевле — и я думаю, что она будет продана. Этот клиент получит на 18% больше ватт на той же площади, по цене примерно на 0,50 доллара за ватт дешевле, чем SunPower, но примерно на 0,20 доллара за ватт дороже, чем стандартный продукт с эффективностью 16%.
Конечно, это еще не легкая прогулка. С такими компаниями, как Yingli, борющимися за свое существование в сегменте 16% и терпящими убытки, будет немало тех, кто будет продвигать нишу с более высокой маржой и меньшим объемом средней эффективности, такие как SolarWorld или LG. Фактически, похоже, SolarWorld официально решила конкурировать *только* в этом диапазоне более высокой эффективности (посмотрим, смогут ли они удержаться).
Увеличение эффективности — то есть увеличение выручки при сохранении той же солнечной панели — может стать путем, если затраты на компоненты удастся сдержать. Если затраты на компоненты не удастся сдержать — тогда эти группы не смогут оставаться на «цикле покупки солнечных технологий», как некоторые заявляют.
И если этот путь эффективности сможет реализоваться — это даст всем в цепочке поставок возможность вздохнуть, получить небольшую прибыль и дальше расширяться. Один из способов, которым этот путь может произойти, заключается в том, что цена за ватт будет падать медленнее, чем будет расти эффективность. В 2016 году я начал регулярно покупать солнечные панели мощностью 305-310 Вт, к концу года мы были ближе к панелям мощностью 330-335 Вт. Это были панели с эффективностью 15-16%, которые показали увеличение эффективности до 16-17% — примерно на 6% эффективного увеличения за один рабочий год. Да, наша цена за ватт упала гораздо сильнее — но наш объем на одну крышу увеличился. А общий объем работ по отношению к постоянным затратам имеет значение.
Интересно, что по мере роста эффективности панелей будет наблюдаться понижательное давление на рост рабочих мест в расчете на установленный объем. Это, я уверен, будет компенсировано общим ростом объемов установки.
Существует четкий путь для существенного дальнейшего снижения цен на установку солнечной энергии в течение следующих пяти лет. Эта цена — для систем в целом — может составить до 35% только за счет эффективности панелей. Конечно, ожидание этих панелей означает, что вы упустите сегодняшние щедрые стимулы и выгодные законы о чистом учете.
Изображение заголовка: Обама и Байден на здании к востоку от центра Денвера, штат Колорадо
Рассматриваете установку солнечных батарей для дома? Understand Solar свяжет вас с местными подрядчиками. Напишите мне в Твиттере, чтобы разобрать предложение.
Чтобы получать больше новостей об электромобилях, автономном транспорте и чистых технологиях, обязательно подписывайтесь на нас в Twitter, рассылку, RSS или Facebook, чтобы получать наши последние статьи.