Telurid kadmia: Konkurencia kremíka v solárnych paneloch

1

Väčšina dnes používaných solárnych panelov je založená na kryštalickom kremíku. Tento materiál je vyrobený zo surového polysilikónu a práve ten začína predstavovať úzke hrdlo v dodávateľskom reťazci, ktoré spomaľuje nasadzovanie nových solárnych zariadení na celom svete. Hlavní dodávatelia polysilikónu v čínskej oblasti Sin -ťiang sú totiž obvinení z používania nútenej práce Ujgurov, a tak čelia obchodným sankciám.

Našťastie kryštalický kremík nie je jediný materiál, ktorý môže pomôcť využiť slnečnú energiu. Vedci a výrobcovia v USA chcú technológiu rozšíriť o telurid kadmia. Ide o typ „tenkovrstvového“ solárneho článku, ktorý je, ako už názov naznačuje, oveľa tenší ako tradičný kremíkový článok. V júni výrobca solárnych zariadení First Solar uviedol, že investuje 680 miliónov dolárov do tretej solárnej továrne na výrobu teluridu kadmia v severozápadnom Ohiu.

Keď bude zariadenie dokončené, v roku 2025 bude spolocnost schopná vyrobiť takéto solárne panely na úrovni 6 gigawattov, čo stačí na napájanie zhruba 1 milióna amerických domácností. Nedávno vstúpila na trh aj ďalšia solárna firma z Ohia Toledo Solar, ktorá vyrába panely z teluridu kadmia na strechy obytných budov. Americké ministerstvo energetiky a jeho Národné laboratórium pre obnoviteľnú energiu (NREL) spustili program vo výške 20 miliónov dolárov na urýchlenie výskumu a vývoja tejto technológie.

Kadmium a telurid sú vedľajšie produkty tavenia zinkových rúd a rafinácie medi. Zatiaľ čo kremíkové doštičky sa spájajú dokopy, aby sa vytvorili články, kadmium a telurid sa nanášajú v tenkej vrstve (asi jedna desatina priemeru ľudského vlasu) na sklenú tabuľu spolu s inými elektricky vodivými materiálmi. First Solar, teraz najväčší svetový výrobca tenkých fólií, dodal panely pre solárne inštalácie v 45 krajinách.

Táto technológia má oproti kryštalickému kremíku určité výhody. Tenkovrstvový proces napríklad vyžaduje menej materiálov ako prístup založený na doštičkách. Tenké fólie sú vhodné aj na použitie vo flexibilných paneloch, určených napríklad na batohy alebo drony, prípadne integrovaných do fasád budov a okien. A čo je dôležité, tenkovrstvové panely fungujú lepšie pri vysokých teplotách, zatiaľ čo kremíkové panely sa môžu prehriať a stať sa menej účinnými pri výrobe elektriny.

Na druhej strane kryštalický kremík má navrch v oblasti priemernej účinnosti (t. j. koľko slnečného svetla, ktoré panely absorbujú, premenia na elektrickú energiu). Kremíkové panely majú vyššiu účinnosť ako technológia teluridu kadmia, aj keď rozdiel sa postupne zmenšuje. Dnešné priemyselne vyrábané kremíkové panely môžu dosahovať účinnosť 18 až 22 %, zatiaľ čo najnovšie komerčné panely firmy First Solar majú priemernú účinnosť 18 %.

Predplatné NEXTECH 2021

No hlavný dôvod, prečo kremík dominuje na globálnom trhu, sú náklady. Kryštalický kremík stojí asi 0,24 až 0,25 dolára na výrobu každého wattu slnečnej energie. First Solar už neuvádza náklady na watt na výrobu panelov z teluridu kadmia, tvrdí iba, že sa „výrazne znížili“ od roku 2015, keď spoločnosť oznámila náklady vo výške 0,46 dolára na watt, a každoročne naďalej klesajú. Surovina polysilikón, ktorá sa používa aj v počítačoch a smartfónoch, je dostupnejšia a lacnejšia ako zásoby kadmia a teluridu.

Ako sa továrne na kremíkové panely a súvisiace komponenty zväčšovali, celkové náklady na výrobu a inštaláciu technológie klesali. Klesajúce náklady na panely vyvolali globálny solárny boom. Podľa Medzinárodnej agentúry pre obnoviteľnú energiu za posledných 10 rokov celková inštalovaná solárna kapacita na svete zaznamenala takmer desaťnásobný nárast zo 74 000 megawattov v roku 2011 na takmer 714 000 megawattov v roku 2020.

Očakáva sa, že aj náklady na watt pri teluride kadmia a ďalších tenkovrstvových technológiách sa budú s rastúcou výrobou znižovať. Náklady však nie sú jedinou metrikou, na ktorej záleží. V súčasnosti s problémami zápasí dodávateľský reťazec výroby solárnej energie, ktorého 80 % prechádza Čínou. Preto chce First Solar investovať 680 miliónov dolárov do úsilia vybudovať sebestačný dodávateľský reťazec a „oddeliť“ americký solárny priemysel od Číny.

Hoci panely z teluridu kadmia nepoužívajú žiadny polysilikón, spoločnosť pociťuje ďalšie výzvy, s ktorými sa priemysel stretáva, ako napríklad vplyv pandémie na odvetvie námornej dopravy (napríklad meškajú zásielky panelov zo zariadení spoločnosti v Ázii). Zvýšenie výroby v USA umožní využívať na prepravu panelov cesty a železnice namiesto nákladných lodí.

A napokon existujúci recyklačný program spoločnosti pre jej solárne panely umožňuje mnohonásobné opätovné použitie materiálov, čím sa ďalej znižuje závislosť od zahraničných dodávateľských reťazcov a surovín. S postupným zvyšovaním výroby panelov z teluridu kadmia vedci z First Solar a NREL pokračujú v testovaní a zlepšovaní tejto technológie. V roku 2019 vyvinuli nový prístup, ktorý zahŕňa „dopovanie“ tenkovrstvových materiálov meďou a chlórom, aby sa dosiahla ešte vyššia účinnosť.

Nedávno NREL oznámil výsledky 25-ročného terénneho testu vo svojom zariadení v coloradskom meste Golden. Dvanásť panelov z teluridu kadmia fungovalo na 88 percent svojej pôvodnej účinnosti, čo je dobrý výsledok pre panel, ktorý bol vonku viac ako dve desaťročia. Degradácia je teda porovnateľná s kremíkovými systémami.

Zdroj: grist.org.

Zobrazit Galériu

Redakcia

Všetky autorove články

1 komentár

Kadmium je ťažký kov a ukladá sa v tele... reakcia na: Telurid kadmia: Konkurencia kremíka v solárnych paneloch

8.8.2021 14:08
Kadmium je ťažký kov a ukladá sa v tele...
Reagovať

Pridať komentár

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať