Sursa: nsenergybusiness.com
Oxford PV va deveni prima companie care va vinde anul viitor celule solare pe bază de perovskit-siliciu pe piața rezidențială de pe acoperiș.
Oxford PV utilizează un concept „tandem” în care se aplică o peliculă subțire de perovskit pe o celulă primară convențională din siliciu (Credit: Oxford PV)
Oxford PV, care se descrie ca „compania perovskită”, intenționează să fie un jucător cheie în ceea ce consideră că este viitorul complet electric cu energie solară. James Varley, scriitor pentru revista Modern Power Systems, analizează modul în care compania își propune să atingă această țintă.
Anul viitor, dacă totul merge la plan, Oxford PV va deveni prima companie care va vinde celule solare pe bază de perovskit-siliciu pe piața rezidențială de pe acoperiș. Vor avea o eficiență potențial schimbătoare de jocuri, cu aproximativ 20% mai mare decât tehnologia actuală actuală, celulele numai din siliciu.
Oxford PV utilizează un concept „tandem” în care se aplică o peliculă subțire de perovskit pe o celulă convențională (sau de jos) din siliciu convențională (grosimea perovskitei fiind de aproximativ 1 / 200th din cea a siliciului).
Această abordare în tandem îmbunătățește capacitatea de a captura părți specifice ale spectrului solar, în special la capătul albastru cu energie ridicată, ceea ce înseamnă că celula tandem perovskit-pe-siliciu are o limită de eficiență teoretică de 43% față de 29% pentru numai siliciu celule.
În practică, eficiența medie a PV din siliciu rezidențial instalat până în prezent este în intervalul 15-20%, în timp ce maximul „din lumea reală” pentru siliciu este estimat la aproximativ 26%.
Se așteaptă ca celulele tandem Oxford PV produse în comerț să obțină inițial o eficiență de aproximativ 27%, dar compania anticipează îmbunătățiri constante pe măsură ce tehnologia se dezvoltă în următorii ani. „Avem o foaie de parcurs clară pentru a duce această tehnologie dincolo de 30%”, spune CEO-ul Frank Averdung.
Dr. Chris Case, CTO la Oxford PV, observă că, din 2014, când compania a decis să se concentreze exclusiv pe tandemul perovskit-Si, a sporit eficiența celulei sale solare cu aproximativ un punct procentual pe an în medie și are o cale și fundamentele teoretice pentru a dezvolta în continuare această tehnologie până în anii '30.
O celulă de cercetare care folosește tehnologia fotovoltaică Oxford a atins deja 29,52% (certificat de Laboratorul Național de Energii Regenerabile din SUA), un record mondial pentru celulele tandem perovskite-Si și, de asemenea, mai bun decât orice celulă de cercetare cu o singură joncțiune (pentru care recordul actual, 29,2%, este deținut de o celulă care folosește GaAs).
Perovskitul a fost descoperit pentru prima dată sub forma minerală naturală (CaTiO3) în 1839 (întâmplător în același an în care a fost observat pentru prima dată efectul fotovoltaic, subliniază Chris Case). Dar abia în ultimii zece ani a fost recunoscut pe deplin potențialul uriaș al perovskitelor sintetice ca material pentru celulele solare.
Prof. Henry Snaith, care a cofondat Oxford PV în 2010 pentru comercializarea tehnologiei solare transferate din laboratorul său de la Universitatea din Oxford (și este șeful științific al companiei), a jucat un rol cheie în acest sens, în special printr-o lucrare publicată în Science în 2012, descriind o tehnologie viabilă a celulelor solare în stare solidă care utilizează perovskit cu halogenuri metalice.
Progresele din ultimii 10 ani au fost remarcabil de rapide, iar perovskitele atrag un interes tot mai mare pentru câmpul solar.
La fel ca toate materialele utilizate în aplicațiile cu celule solare, perovskitele - pentru care formula chimică generică este ABX3, unde A și B sunt cationi și X este anionul - sunt semiconductori.
„Perovskitele vor fi omniprezente în fotonică și electronică în următorii 50-100 de ani”, crede Chris Case. „Este un material uimitor.”
Din punct de vedere al științei materialelor, „există o unicitate, de aceea este atât de bună”, adaugă el. „Fiecare dintre atomi este orientat ca un set de octaedre care sunt stivuite una peste alta și răsucite. Această răsucire permite o difuzie mare a fotocurentului „anormală”, ceea ce este destul de unic pentru această structură, iar oamenii exploatează această proprietate ... Aceste lucruri sunt grozave, sunt incredibil de transformatoare. ”
De asemenea, materialele utilizate pentru perovskitele sintetice sunt abundente, iar cantitatea utilizată pe unitate de producție a celulei este foarte mică. „Deci, din punct de vedere al resurselor, tehnologia este capabilă să fie scalată la nivelul TW,” spune Case.
Și, pe lângă demonstrarea eficienței înregistrărilor, celulele și modulele care utilizează tehnologia fotovoltaică Oxford au „trecut și testele de fiabilitate standard din industrie măsurate extern de la Comisia Electrotehnică Internațională”, adaugă el.
Drumul spre piață
„Oamenii de știință și-au făcut treaba”, spune Frank Averdung. „Au identificat materialul. Ei au făcut structura. Au lucrat la stabilizarea acestuia și au abordat preocupările legate de durabilitate și durată de viață. Întrebarea la care trebuie să găsim un răspuns acum este: cum o comercializăm? ”
Provocarea este una cu care se confruntă aproape fiecare start-up cu ceva nou, spune el. „Aveți o piață stabilită. Ați stabilit jucători de pe piață. Ai ceva semnificativ mai bun. Dar cum îi faci pe oameni să o îmbrățișeze? Cum faceți acest lucru să se întâmple? ”
După cum subliniază, jucătorii consacrați sunt companii de miliarde de dolari și au investit miliarde într-o infrastructură de producție. „Chiar sunt interesați să renunțe la toate acestea și să facă ceva nou?” întreabă Averdung.
Vestea bună este că tehnologia tandem Oxford PV, cu siliciu ca celulă primară, nu necesită eliminarea tehnologiei de fabricație existente și „nu perturbă industria” și acesta este un beneficiu major.
„Când punem o celulă subțire de perovskit cu film pe celula„ primară ”din siliciu, aceasta are în continuare același factor de formă și încă arată ca o celulă convențională de Si, dar tensiunea de ieșire este mai mare”, spune Averdung. „Puteți utiliza aceleași instrumente și le puteți introduce în aceleași module. Dimensiunea panoului este aceeași. Totul este la fel. Dar veți obține mult mai multă putere ”.
În ceea ce privește aspectul, utilizatorul final nu va observa nicio diferență majoră, cu excepția faptului că „va arăta puțin mai frumos”, adaugă el.
În 2015, Oxford PV a demonstrat că celula tandem era fezabilă, dar trebuia „să o aducă la factorul de formă necesar”, explică el, așa că a necesitat o linie de producție pilot sau „fabrică uzată”.
O astfel de fabrică a fost găsită în Brandenburg an der Havel, Germania, și achiziționată în 2016. „Era mult prea mare pentru noi în acea perioadă, dar se potrivea perfect pentru linia noastră pilot de film subțire”, care era în funcțiune în 2017 ”, Spune Averdung.
„Rolul liniei pilot a fost, și este în continuare, în esență optimizarea produsului, preluând toate rezultatele din laboratorul Oxford și extinzându-le în funcție de factor și realizând teste standard din industrie pentru a verifica dacă celulele realizează cerințele necesare fiabilitate și stabilitate pe termen lung și satisfacerea nevoilor industriei. ”
De câțiva ani, Oxford PV a lucrat cu un partener de dezvoltare comun, o companie foarte mare din industria fotovoltaică, „practic ne spune ce ar dori industria”, spune Averdung.
Dar în 2018, el adaugă că „toate acestea s-au schimbat”, iar compania a decis că „cea mai bună și mai rapidă cale de comercializare a tehnologiei ar fi să o facem noi înșine, permițându-ne să păstrăm toți parametrii tehnologiei sub controlul nostru, astfel încât să ar putea fi sigur că produsul, când a venit pe piață, se potrivea perfect cerințelor clienților ”.
Acest lucru a cerut firmei să găsească investitori care să pună bani în ea, permițându-i să înființeze o operațiune de fabricație. „Am avut noroc”, spune Averdung, întrucât au fost găsiți mai mulți investitori de susținere. Acționarii principali ai companiei includ acum Equinor, Legal& General Capital, Goldwind și Meyer-Burger.
Banii investiți în companie de către investitori au făcut posibilă modernizarea fabricii Brandenburg achiziționate anterior și, pe lângă linia pilot deja existentă, stabilirea unei linii complete de fabricare a celulelor tandem într-o altă parte a instalației.
Aceasta va fi prima linie de producție a volumului din lume pentru celule solare tandem perovskite-pe-siliciu și este de așteptat să atingă o capacitate țintă inițială de 100 megavati (MW) în jurul Q2 anul viitor.
Celulele sunt vândute producătorilor de module (aranjamentele sunt deja în vigoare), iar piața țintă inițială este sectorul de acoperiș rezidențial „premium”. În acest segment al pieței, spațiul este o constrângere critică, iar densitatea crescută de putere oferită de celula tandem Oxford PV este deosebit de atractivă.
Cu mult mai multă energie electrică generată pe durata de viață a instalației, există dorința de a plăti prime substanțiale pentru modulele de înaltă eficiență, consideră Oxford PV.
Averdung subliniază că costurile celulelor reprezintă o proporție relativ mică din costurile totale ale unei instalații fotovoltaice rezidențiale pe acoperiș, astfel încât costurile crescute ale celulelor au doar un efect relativ mic asupra economiei generale în comparație cu beneficiile creșterii producției.
Spre gigafactorie
Linia de producție de 100 MW și piața rezidențială de pe acoperiș sunt văzute ca doar începutul. Viziunea Oxford PV este o lume complet electrică, cu perovskite ca tehnologie solară principală. Se speră că ultima rundă de finanțare a companiei îi va oferi „mijloacele de a planifica următorul pas, care este o gigafactorie”, spune Averdung.
El speră să aibă 2 gigawatti (GW) de capacitate de producție în funcțiune până la sfârșitul anului 2024 sau după aceea, și apoi să adauge aproximativ 2 GW pe an, ajungând la peste 10 GW până la sfârșitul deceniului.
Inițial, piața țintă este, așa cum sa menționat deja, acoperișul rezidențial premium, dar „acest lucru se va schimba odată ce vom intra în producția la scară GW, atunci vom putea aborda, în plus, sectorul de acoperiș comercial mic”, spune Averdung și „de îndată ce trecem la 5GW și dincolo, scara utilității este la îndemână”.
La scară utilitară, „totul este LCOE”, observă el, „presupunând că costul terenului dvs. este gestionabil”, iar la capacitatea de producție de 5 GW „LCOE-ul nostru va fi mai competitiv decât oricine altcineva, dar asta va dura câțiva ani, desigur ”.
În cele din urmă „intenționăm să devenim unul dintre principalii jucători în fotovoltaică”, spune Averdung. Și stăpânirea a ceea ce Chris Case numește „magia” perovskitelor s-ar putea dovedi a fi cheia realizării acestei ambiții.
