Izvor: nsenergybusiness.com
Oxford PV postat će prva kompanija koja će sljedeće godine prodati solarne ćelije na bazi perovskit-silikona stambenom tržištu krovova.
Oxford PV koristi koncept "tandema" u kojem se tanki film perovskita nanosi na konvencionalnu silicijsku primarnu ćeliju (Zasluga: Oxford PV)
Oxford PV, koji sebe opisuje kao „kompaniju perovskite“, planira biti ključni igrač u onome što vidi kao potpuno električnu budućnost na solarni pogon. James Varley, pisac za magazin Modern Power Systems, baca pogled na to kako kompanija želi postići taj cilj.
Sljedeće godine, ako sve bude išlo po planu, Oxford PV postat će prva kompanija koja će prodati solarne ćelije na bazi perovskita-silikona stambenom tržištu krovova. Oni će imati potencijalno efikasnu promjenu efikasnosti, oko 20% veću od trenutne postojeće tehnologije, samo silicijumske ćelije.
Oxford PV koristi koncept "tandema" u kojem se tanki film perovskita nanosi na konvencionalnu silicijsku primarnu (ili donju) ćeliju (debljina perovskita je oko 1/200 debljine silicija).
Ovaj tandemski pristup poboljšava sposobnost hvatanja određenih dijelova sunčevog spektra, posebno na visokoenergetskom plavom kraju, što znači da tandemska ćelija perovskit-na-silicijumu ima teoretsku granicu efikasnosti od 43% prema 29% samo za silicijum ćelije.
U praksi se prosječna efikasnost stambenih silikonskih PV instaliranih do danas kreće u rasponu od 15-20%, dok se procjenjuje da je maksimum "stvarnog svijeta" za silicij oko 26%.
Očekuje se da će rano komercijalno proizvedene Oxford PV tandemske ćelije postići efikasnost od oko 27% u početku, ali kompanija predviđa stalna poboljšanja kako se tehnologija razvija u narednim godinama. "Imamo jasan putokaz kako bismo ovu tehnologiju prešli više od 30%," kaže izvršni direktor Frank Averdung.
Dr Chris Case, tehnički direktor u Oxford PV, primjećuje da je od 2014. godine, kada je kompanija odlučila da se usredotoči isključivo na tandem perovskite-Si, povećala efikasnost svojih solarnih ćelija u prosjeku otprilike za jedan procentni poen godišnje i ima put i teorijske osnove za daljnji razvoj ove tehnologije sve do visokih 30-ih.
Istraživačka ćelija koja koristi Oxford PV tehnologiju već je postigla 29,52% (što je potvrdio Američki nacionalni laboratorij za obnovljivu energiju), svjetski rekord u tandemskim ćelijama perovskite-Si i također bolji od bilo koje istraživačke ćelije s jednim spojem (za koju je trenutni rekord, 29,2%, drži ćelija koja koristi GaAs).
Perovskite je prvi put otkriven u svom prirodnom mineralnom obliku (CaTiO3) 1839. godine (slučajno iste godine kada je prvi put primećen fotonaponski efekat, ističe Chris Case). Ali tek je u posljednjih desetak godina u potpunosti prepoznat ogroman potencijal sintetičkih perovskita kao materijala za solarne ćelije.
Profesor Henry Snaith, koji je 2010. osnovao Oxford PV za komercijalizaciju solarne tehnologije prenesene iz njegove laboratorije na Univerzitetu u Oxfordu (i glavni je naučni direktor kompanije), odigrao je ključnu ulogu u tome, posebno putem rada objavljenog u Science 2012. godine, opisujući održivu tehnologiju solarnih ćelija u čvrstom stanju koja koristi metalhalogenidni perovskit.
Napredak u proteklih 10 godina bio je izuzetno brz i perovskiti privlače sve veće zanimanje za solarno polje.
Kao i svi materijali koji se koriste u primjeni solarnih ćelija, i perovskiti - kojima je generička hemijska formula ABX3, gdje su A i B kationi, a X anion - su poluvodiči.
"Perovskites će biti sveprisutan u fotonici i elektronici narednih 50-100 godina", vjeruje Chris Case. "To je taj zapanjujući materijal."
Sa stanovišta nauke o materijalima, "postoji jedinstvenost, zato je tako dobra", dodaje on. „Svaki od atoma orijentiran je kao skup oktaedra koji su naslagani jedan na drugi i uvijeni. Taj zaokret omogućava 'anomalnu' visoku difuziju fototoka, a to je prilično jedinstveno za ovu strukturu, a ljudi iskorištavaju ovo svojstvo ... Ove su stvari sjajne, nevjerojatno su transformirajuće. "
Takođe, materijala koji se koriste za sintetičke perovskite ima u izobilju, a količina koja se koristi po jedinici izlazne ćelije je vrlo mala. „Dakle, sa stanovišta resursa, tehnologija je sposobna proširiti se na nivo TW“, kaže Case.
A osim što demonstriraju efikasnost zapisa, ćelije i moduli koji koriste Oxford PV tehnologiju takođe su „prošli eksterno izmerene testove pouzdanosti industrijskih standarda od Međunarodne elektrotehničke komisije“, dodaje on.
Put do tržišta
"Naučnici su obavili svoj posao", kaže Frank Averdung. „Identificirali su materijal. Oni su napravili strukturu. Oni su radili na tome da ga učine stabilnim i rješavali su zabrinutosti oko trajnosti i vijeka trajanja. Pitanje na koje sada moramo smisliti odgovor je: kako ga komercijalizirati? "
Izazov je onaj s kojim se gotovo svaki start-up suočava s nečim novim, kaže on. „Imate uspostavljeno tržište. Uspostavili ste tržišne igrače. Imate nešto značajno bolje. Ali kako naterati ljude da to prihvate? Kako to ostvariti? "
Kako ističe, etablirani igrači su milijarde kompanija i uložili su milijarde u proizvodnu infrastrukturu. "Jesu li stvarno zainteresirani za to da se sve to ukinu i učine nešto novo?" pita Averdung.
Dobra vijest je da tandemska tehnologija Oxford PV, sa silicijumom kao primarnom ćelijom, ne zahtijeva izostavljanje postojeće proizvodne tehnologije i "ne remeti industriju", a to je velika prednost.
"Kada stavimo tankoplastični perovskit ćeliju na vrh silicijske" primarne "ćelije, ona i dalje ima isti faktor oblika i još uvijek izgleda kao konvencionalna Si ćelija, ali izlazni napon je veći", kaže Averdung. „Možete koristiti iste alate i umetnuti ih u iste module. Veličina panela je ista. Sve je isto. Ali dobivate znatno više napajanja. "
Što se tiče izgleda, krajnji korisnik neće primijetiti neku veću razliku, osim što će "izgledati malo ljepše", dodaje.
2015. godine, Oxford PV pokazao je da je tandemska ćelija izvediva, ali da je treba "dovesti do potrebnog faktora oblika", objašnjava on, tako da je bila potrebna pilotska proizvodna linija ili "rabljena tvornica".
Upravo takva tvornica pronađena je u Brandenburgu na Havelu u Njemačkoj i stečena 2016. godine. „Bila je prevelika za nas u to vrijeme, ali je savršeno odgovarala našoj pilot-liniji tankog filma“, koja je bila pokrenuta 2017. godine. “, Kaže Averdung.
„Uloga pilot linije bila je, i još uvijek je, u osnovi optimizacija proizvoda, uzimajući sve rezultate iz Oxfordove laboratorije, skalirajući ih u vidu oblika i provodeći standardna ispitivanja kako bi se potvrdilo da ćelije postižu potrebne pouzdanost i dugoročna stabilnost i zadovoljavanje potreba industrije. "
Neke godine Oxford PV surađivao je sa zajedničkim razvojnim partnerom, vrlo velikom kompanijom koja se bavi fotonaponskim proizvodima, „u osnovi nam govoreći šta bi industrija željela“, kaže Averdung.
No, 2018. dodaje da se „sve to promijenilo“, a kompanija je odlučila da bi „najbolji i najbrži put do komercijalizacije tehnologije bio učiniti sami, omogućujući nam da sve parametre tehnologije držimo pod svojom kontrolom, tako da smo mogao biti siguran da je proizvod, kada je došao na tržište, savršeno odgovarao zahtjevima kupaca ”.
To je zahtijevalo da firma pronađe investitore koji će u nju uložiti novac, omogućavajući joj da uspostavi proizvodnu operaciju. "Imali smo sreće", kaže Averdung, jer je pronađen niz podržavajućih investitora. Glavni dioničari kompanije sada uključuju Equinor, Legal& General Capital, Goldwind i Meyer-Burger.
Novac koji su investitori uložili u kompaniju omogućio je nadogradnju prethodno stečene fabrike Brandenburg i, pored već postojeće pilot linije, u drugom dijelu pogona uspostaviti punu liniju za proizvodnju tandemskih ćelija.
Ovo će biti prva svjetska proizvodna linija za tandemske solarne ćelije na perovskit-na-silicijumu i očekuje se da će postići početni ciljni kapacitet od 100 megavata (MW) oko drugog tromjesečja sljedeće godine.
Ćelije se prodaju proizvođačima modula (aranžmani su već uspostavljeni), a početno ciljno tržište je „premium“ stambeni krovni sektor. U ovom segmentu tržišta prostor je kritično ograničenje, a povećana gustina snage koju pruža tandemska ćelija Oxford PV posebno je atraktivna.
S mnogo više električne energije proizvedene tijekom trajanja instalacije, spremnost je platiti značajne premije za visoko efikasne module, vjeruje Oxford PV.
Averdung ističe da troškovi ćelija čine relativno mali udio u ukupnim troškovima stambene krovne PV instalacije, tako da povećani troškovi ćelija imaju samo relativno mali učinak na ukupnu ekonomiju u poređenju s prednostima povećane proizvodnje.
Prema gigafakciji
Proizvodna linija od 100 MW i tržište stambenih krovova smatraju se samo početkom. Vizija Oxford PV-a je potpuno električni svijet s perovskitima kao glavnom solarnom tehnologijom. Nadamo se da će joj najnoviji krug finansiranja dati "sredstva za planiranje sljedećeg koraka, a to je velika fabrika", kaže Averdung.
Nada se da će do kraja 2024. godine ili negdje prije biti u pogonu 2 gigavata (GW) proizvodnih kapaciteta, a zatim će dodati oko 2 GW godišnje, dostižući više od 10 GW do kraja decenije.
U početku je ciljno tržište, kao što je već napomenuto, vrhunski stambeni krov, ali „ovo će se promijeniti kada uđemo u proizvodnju GW, tada ćemo se, pored toga, moći pozabaviti i malim komercijalnim krovovima“, kaže Averdung , i „čim prijeđemo na 5GW i više, razina korisnosti je nadohvat ruke“.
Na opštem nivou, „sve je u vezi s LCOE“, primjećuje on, „pod pretpostavkom da je trošak vašeg zemljišta upravljiv“, a s proizvodnim kapacitetom od 5 GW „naš LCOE bit će konkurentniji od bilo koga drugog, ali to će potrajati nekoliko godina, naravno ”.
Na kraju "namjeravamo postati jedan od glavnih igrača u fotonaponu", kaže Averdung. A ovladavanje onim što Chris Case naziva „magijom“ perovskita moglo bi se pokazati ključnim za postizanje te ambicije.
