De meeste zonnepanelen die tegenwoordig de daken, velden en woestijnen van de wereld bedekken, delen hetzelfde ingrediënt: kristallijn silicium.Het materiaal, gemaakt van ruw polysilicium, wordt gevormd tot wafers en bedraad tot zonnecellen, apparaten die zonlicht omzetten in elektriciteit.Onlangs is de afhankelijkheid van de industrie van deze unieke technologie een soort aansprakelijkheid geworden.Knelpunten in de toeleveringsketenzijn aan het vertragennieuwe zonne-installaties wereldwijd.Grote leveranciers van polysilicium in de Chinese regio Xinjiang —beschuldigd van het gebruik van dwangarbeid van Oeigoeren– worden geconfronteerd met Amerikaanse handelssancties.
Gelukkig is kristallijn silicium niet het enige materiaal dat kan helpen de energie van de zon te benutten.In de Verenigde Staten werken wetenschappers en fabrikanten aan uitbreiding van de productie van zonnetechnologie met cadmiumtelluride.Cadmiumtelluride is een soort "dunne-film"-zonnecel en, zoals de naam al doet vermoeden, is hij veel dunner dan een traditionele siliciumcel.Tegenwoordig gebruiken panelen cadmiumtellurideleveren ongeveer 40 procentvan de Amerikaanse markt voor nutsvoorzieningen en ongeveer 5 procent van de wereldwijde markt voor zonne-energie.En ze zullen profiteren van de tegenwind waarmee de bredere zonne-energie-industrie wordt geconfronteerd.
"Het is een zeer onstabiele tijd, vooral voor de toeleveringsketen van kristallijn silicium in het algemeen", zegt Kelsey Goss, een zonne-onderzoeksanalist voor de energieadviesgroep Wood Mackenzie."Er is een groot potentieel voor fabrikanten van cadmiumtelluride om het komende jaar meer marktaandeel te veroveren."Vooral, merkte ze op, aangezien de cadmiumtelluride-sector al aan het opschalen is.
In juni zei zonnefabrikant First Solar van wel$ 680 miljoen investerenin een derde cadmiumtelluride-zonnefabriek in het noordwesten van Ohio.Als de faciliteit klaar is, in 2025, kan het bedrijf in het gebied voor 6 gigawatt aan zonnepanelen maken.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 maakt cadmiumtelluridepanelen voor daken van woningen.En in juni hebben het Amerikaanse ministerie van Energie en zijn National Renewable Energy Laboratory, of NREL,lanceerde een programma van $ 20 miljoenom onderzoek te versnellen en de toeleveringsketen voor cadmiumtelluride te laten groeien.Een van de doelstellingen van het programma is om de Amerikaanse markt voor zonne-energie te helpen isoleren van wereldwijde leveringsbeperkingen.
Onderzoekers van NREL en First Solar, voorheen Solar Cell Inc. genaamd, werken sinds het begin van de jaren negentig samen omcadmiumtelluride-technologie.Cadmium en telluride zijn bijproducten van respectievelijk het smelten van zinkertsen en het raffineren van koper.Terwijl siliciumwafels met elkaar worden verbonden om cellen te maken, worden cadmium en telluride als een dunne laag - ongeveer een tiende van de diameter van een mensenhaar - op een ruit aangebracht, samen met andere elektriciteitgeleidende materialen.First Solar, nu 's werelds grootste fabrikant van dunne film, heeft panelen geleverd voor zonne-installaties in 45 landen.
De technologie heeft bepaalde voordelen ten opzichte van kristallijn silicium, zei NREL-wetenschapper Lorelle Mansfield.Voor het dunne-filmproces zijn bijvoorbeeld minder materialen nodig dan voor de wafer-gebaseerde benadering.Dunne-filmtechnologie is ook zeer geschikt voor gebruik in flexibele panelen, zoals panelen die rugzakken of drones bedekken of die worden geïntegreerd in gevels en ramen van gebouwen.Belangrijk is dat de dunne-filmpanelen beter presteren bij hoge temperaturen, terwijl siliciumpanelen oververhit kunnen raken en minder efficiënt worden in het opwekken van elektriciteit, zei ze.
Maar kristallijn silicium heeft de overhand op andere gebieden, zoals hun gemiddelde efficiëntie - dat wil zeggen het percentage zonlicht dat panelen absorberen en omzetten in elektriciteit.Historisch gezien hebben siliciumpanelen hogere efficiënties gehad dan cadmiumtelluridetechnologie, hoewel de kloof kleiner wordt. De industrieel geproduceerde siliciumpanelen van vandaag kunnen efficiënties bereiken van18 tot 22 procent, terwijl First Solar een gemiddeld rendement van 18 procent heeft gerapporteerd voor zijn nieuwste commerciële panelen.
Toch is de belangrijkste reden waarom silicium de wereldmarkt domineert relatief eenvoudig."Het komt allemaal neer op de kosten," zei Goss."De markt voor zonne-energie wordt sterk gedreven door de goedkoopste technologie."
Kristallijn silicium kost ongeveer $ 0,24 tot $ 0,25 om elke watt zonne-energie te produceren, wat minder is dan andere kanshebbers, zei ze.First Solar zei dat het niet langer de kosten per watt rapporteert om zijn cadmiumtelluridepanelen te produceren, alleen 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 lage prijs van silicium.De grondstof polysilicium, die ook in computers en smartphones wordt gebruikt, is beter verkrijgbaar en goedkoper dan cadmium en telluride.Naarmate fabrieken voor siliciumpanelen en aanverwante componenten zijn opgeschaald, zijn de totale kosten voor het maken en installeren van de technologie gedaald.Ook de Chinese overheid heeft zwaar gestraftondersteund en gesubsidieerdde siliciumzonnesector van het land - zo erg zelfsongeveer 80 procentvan 's werelds productieketen voor zonne-energie loopt nu via China.
Dalende paneelkosten hebben de wereldwijde zonne-explosie veroorzaakt.In de afgelopen tien jaar is de totale geïnstalleerde zonnecapaciteit ter wereld 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 wereldtotaal, en zonne-energie is nueen van de grootste bronnenvan nieuwe elektriciteitscapaciteit die elk jaar in de VS wordt geïnstalleerd.
De kosten per watt van cadmiumtelluride en andere dunne-filmtechnologieën zullen naar verwachting eveneens dalen naarmate de productie toeneemt.(zegt First Solardat wanneer de nieuwe fabriek in Ohio wordt geopend, het bedrijf de laagste kosten per watt op de hele zonne-energiemarkt zal leveren.) Maar kosten zijn niet de enige maatstaf die ertoe doet, zoals de huidige problemen met de toeleveringsketen en de arbeidszorgen in de sector duidelijk maken.
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-energie-industrie los te koppelen van China.Hoewel cadmiumtelluridepanelen geen polysilicium gebruiken, heeft First Solar te maken gehad met andere uitdagingen waarmee de industrie te maken heeft, zoals door een pandemie veroorzaakte achterstanden in de zeevaartindustrie.In april vertelde First Solar aan investeerders dat congestie in Amerikaanse havens de verzending van panelen vanuit haar vestigingen in Azië tegenhield.Door de productie in de VS te verhogen, kan het bedrijf wegen en spoorwegen gebruiken om zijn panelen te verzenden, niet vrachtschepen, zei Widmar.En dankzij het bestaande recyclingprogramma van het bedrijf voor zijn zonnepanelen kan het materiaal vele malen hergebruikt worden, waardoor het minder afhankelijk wordt van buitenlandse toeleveringsketens en grondstoffen.
Terwijl First Solar panelen produceert, blijven wetenschappers van zowel het bedrijf als NREL de cadmiumtelluride-technologie testen en verbeteren.In 2019, de partnerseen nieuwe aanpak ontwikkelddat omvat het "doteren" van de dunne filmmaterialen met koper en chloor om nog hogere efficiënties te bereiken.Eerder deze maand, NRELmaakte de resultaten bekendvan een veldtest van 25 jaar in de buitenfaciliteit in Golden, Colorado.Een reeks cadmiumtelluridepanelen met 12 panelen werkte op 88 procent van zijn oorspronkelijke efficiëntie, een sterk resultaat voor een paneel dat meer dan twee decennia buiten heeft gestaan.De degradatie "komt overeen met wat siliciumsystemen doen", aldus de NREL-release.
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 elk van hen een plaats is op de markt, en ze hebben allemaal hun toepassingen," zei ze."We willen dat alle energie naar hernieuwbare bronnen gaat, dus we hebben echt al deze verschillende soorten technologie nodig om die uitdaging aan te gaan."
Posttijd: 17 september 2021