De meeste zonnepanelen die tegenwoordig op daken, in velden en in woestijnen ter wereld worden gebruikt, hebben hetzelfde ingrediënt: kristallijn silicium. Dit materiaal, gemaakt van ruw polysilicium, wordt tot wafers gevormd en aangesloten op zonnecellen, apparaten die zonlicht omzetten in elektriciteit. De laatste tijd is de afhankelijkheid van de industrie van deze unieke technologie een soort last geworden. Knelpunten in de toeleveringsketenvertragenNieuwe zonne-installaties wereldwijd. Grote leveranciers van polysilicium in de Chinese regio Xinjiang —beschuldigd van het gebruik van dwangarbeid door Oeigoeren— worden geconfronteerd met Amerikaanse handelssancties.
Gelukkig is kristallijn silicium niet het enige materiaal dat de energie van de zon kan benutten. In de Verenigde Staten werken wetenschappers en fabrikanten aan de uitbreiding van de productie van cadmiumtelluride-zonnetechnologie. Cadmiumtelluride is een type "dunnefilm" zonnecel en, zoals de naam al doet vermoeden, is het veel dunner dan een traditionele siliciumcel. Tegenwoordig worden panelen met cadmiumtelluride gebruikt.leveren ongeveer 40 procentvan de Amerikaanse grootschalige markt en ongeveer 5 procent van de wereldwijde zonne-energiemarkt. En ze zullen profiteren van de tegenwind waarmee de bredere zonne-energiesector te maken heeft.
"Het is een zeer onstabiele tijd, vooral voor de toeleveringsketen van kristallijn silicium in het algemeen", aldus Kelsey Goss, analist zonne-energieonderzoek bij de energieconsultancygroep Wood Mackenzie. "Er is een groot potentieel voor cadmiumtellurideproducenten om het komende jaar meer marktaandeel te veroveren." Vooral, merkte ze op, omdat de cadmiumtelluridesector al aan het opschalen is.
In juni zei de zonne-energiefabrikant First Solar dat het$680 miljoen investerenin een derde cadmiumtelluride-zonnepanelenfabriek in het noordwesten van Ohio. Wanneer de fabriek in 2025 klaar is, zal het bedrijf in staat zijn om 6 gigawatt aan zonnepanelen in het gebied te produceren. Dat is genoeg om ongeveer 1 miljoen Amerikaanse huishoudens van stroom te voorzien. Een ander zonne-energiebedrijf uit Ohio, Toledo Solar, is onlangs op de markt gekomen en produceert cadmiumtelluride-panelen voor daken van woningen. En in juni hebben het Amerikaanse ministerie van Energie en het National Renewable Energy Laboratory (NREL)lanceerde een programma van 20 miljoen dollarOm onderzoek te versnellen en de toeleveringsketen voor cadmiumtelluride te vergroten. Een van de doelen van het programma is om de Amerikaanse zonne-energiemarkt te beschermen tegen wereldwijde aanbodbeperkingen.
Onderzoekers van NREL en First Solar, voorheen Solar Cell Inc., werken sinds het begin van de jaren negentig samen omcadmiumtelluridetechnologieCadmium en telluride zijn bijproducten van respectievelijk het smelten van zinkerts en het raffineren van koper. Terwijl siliciumwafers aan elkaar worden gekoppeld om cellen te maken, worden cadmium en telluride als een dunne laag – ongeveer een tiende van de diameter van een mensenhaar – op een glasplaat aangebracht, samen met andere elektriciteitsgeleidende materialen. First Solar, nu 's werelds grootste dunnefilmproducent, heeft panelen geleverd voor zonne-energie-installaties in 45 landen.
De technologie heeft bepaalde voordelen ten opzichte van kristallijn silicium, aldus NREL-wetenschapper Lorelle Mansfield. Zo vereist het dunnefilmproces minder materialen dan de wafergebaseerde aanpak. Dunnefilmtechnologie is ook zeer geschikt voor gebruik in flexibele panelen, zoals panelen die rugzakken of drones bedekken of die in gevels en ramen van gebouwen worden geïntegreerd. Belangrijk is dat dunnefilmpanelen beter presteren bij hoge temperaturen, terwijl siliciumpanelen oververhit kunnen raken en minder efficiënt worden in het opwekken van elektriciteit, aldus de onderzoeker.
Maar kristallijn silicium heeft de overhand op andere gebieden, zoals hun gemiddelde efficiëntie – oftewel het percentage zonlicht dat panelen absorberen en omzetten in elektriciteit. Historisch gezien hadden siliciumpanelen een hogere efficiëntie dan cadmiumtelluridetechnologie, hoewel de kloof kleiner wordt. Tegenwoordig kunnen industrieel geproduceerde siliciumpanelen een efficiëntie bereiken van18 tot 22 procent, terwijl First Solar een gemiddeld rendement van 18 procent rapporteerde voor zijn nieuwste commerciële panelen.
Toch is de belangrijkste reden waarom silicium de wereldmarkt domineert relatief simpel. "Het komt allemaal neer op de kosten", zei Goss. "De zonne-energiemarkt wordt over het algemeen sterk gedreven door de goedkoopste technologie."
Kristallijn silicium kost ongeveer $ 0,24 tot $ 0,25 per watt aan zonne-energie, wat minder is dan bij andere concurrenten, zei ze. First Solar gaf aan dat het de kosten per watt voor de productie van zijn cadmiumtelluridepanelen niet langer rapporteert, maar dat de kosten "aanzienlijk zijn gedaald" sinds 2015 – toen het bedrijfgerapporteerde kosten van $ 0,46 per watt— en blijven elk jaar dalen. Er zijn een paar redenen voor de relatieve goedkoopheid van silicium. De grondstof polysilicium, die ook wordt gebruikt in computers en smartphones, is breder beschikbaar en goedkoper dan cadmium en telluride. Naarmate fabrieken voor siliciumpanelen en gerelateerde componenten zijn opgeschaald, zijn de totale kosten voor de productie en installatie van de technologie gedaald. De Chinese overheid heeft ook sterk geïnvesteerd.ondersteund en gesubsidieerdde siliciumzonnesector van het land - zozeer zelfs datongeveer 80 procentvan de wereldwijde toeleveringsketen voor de productie van zonne-energie loopt nu via China.
De dalende kosten van zonnepanelen hebben de wereldwijde zonne-energiehausse aangewakkerd. In de afgelopen tien jaar is de totale geïnstalleerde zonnecapaciteit wereldwijd bijna vertienvoudigd, van ongeveer 74.000 megawatt in 2011 tot bijna 714.000 megawatt in 2020.volgenshet Internationaal Agentschap voor Hernieuwbare Energie. De Verenigde Staten zijn goed voor ongeveer een zevende van het totale wereldwijde energieverbruik, en zonne-energie is nueen van de grootste bronnenvan nieuwe elektriciteitscapaciteit die elk jaar in de VS wordt geïnstalleerd.
Verwacht wordt dat de kosten per watt van cadmiumtelluride en andere dunnefilmtechnologieën eveneens zullen dalen naarmate de productie toeneemt.First Solar zegtdat wanneer de nieuwe vestiging in Ohio geopend wordt, het bedrijf de laagste kosten per watt op de hele zonne-energiemarkt zal bieden.) Maar kosten zijn niet de enige maatstaf die van belang is, zoals blijkt uit de huidige problemen in de toeleveringsketen en arbeidsproblemen in de sector.
Mark Widmar, CEO van First Solar, zei dat de geplande uitbreiding van $ 680 miljoen van het bedrijf deel uitmaakt van een grotere inspanning om een zelfvoorzienende toeleveringsketen op te bouwen en de Amerikaanse zonne-energiesector te "ontkoppelen" van China. Hoewel cadmiumtelluridepanelen geen polysilicium gebruiken, heeft First Solar andere uitdagingen ondervonden, zoals de door de pandemie veroorzaakte achterstanden in de zeescheepvaart. In april vertelde First Solar aan investeerders dat congestie in Amerikaanse havens de levering van panelen vanuit de faciliteiten in Azië vertraagde. Door de productie in de VS te verhogen, kan het bedrijf wegen en spoorlijnen gebruiken om zijn panelen te vervoeren, in plaats van vrachtschepen, aldus Widmar. Bovendien stelt het bestaande recyclingprogramma van het bedrijf voor zijn zonnepanelen het bedrijf in staat om materialen meerdere malen te hergebruiken, waardoor de afhankelijkheid van buitenlandse toeleveringsketens en grondstoffen verder wordt verminderd.
Terwijl First Solar zonnepanelen produceert, blijven wetenschappers van zowel het bedrijf als NREL de technologie voor cadmiumtelluride testen en verbeteren. In 2019 hebben de partnerseen nieuwe aanpak ontwikkeldwaarbij de dunnefilmmaterialen worden 'gedopeerd' met koper en chloor om nog hogere efficiënties te bereiken. Eerder deze maand publiceerde NRELde resultaten bekendgemaaktvan een 25 jaar durende veldtest in de buitenfaciliteit in Golden, Colorado. Een reeks van 12 panelen met cadmiumtelluridepanelen functioneerde op 88 procent van zijn oorspronkelijke efficiëntie, een sterk resultaat voor een paneel dat meer dan twintig jaar buiten heeft gestaan. De degradatie "komt overeen met wat siliciumsystemen doen", aldus het persbericht van NREL.
Mansfield, de NREL-wetenschapper, zei dat het doel niet is om kristallijn silicium te vervangen door cadmiumtelluride of om de ene technologie superieur te maken aan de andere. "Ik denk dat er voor al deze technologieën een plek is op de markt, en ze hebben allemaal hun eigen toepassingen", zei ze. "We willen dat alle energie naar hernieuwbare bronnen gaat, dus we hebben echt al deze verschillende technologieën nodig om die uitdaging aan te gaan."
Plaatsingstijd: 17-09-2021