כיצד אוקספורד מתכננת להיות שחקן מפתח בעתיד פוטנציאלי חשמלי המונע על ידי השמש

מקור: nsenergybusiness.com

אוקספורד PV תהפוך לחברה הראשונה שתמכור בשנה הבאה תאים סולאריים מבוססי סיליקון פרובסקיט.

אוקספורד PV משתמשת במושג "טנדם" שבו סרט דק של פרובסקיט מוחל על תא ראשוני מסיליקון קונבנציונאלי (אשראי: אוקספורד PV)

אוקספורד PV, המתארת ​​את עצמה כ"חברה הפרובסקיטית ", מתכננת להיות שחקן מרכזי במה שהיא רואה בעתיד המופעל על ידי השמש החשמלית. ג'יימס וארלי, כותב המגזין Modern Power Systems, בוחן כיצד החברה שואפת להגיע ליעד זה.

בשנה הבאה, אם הכל יתקיים כמתוכנן, אוקספורד PV תהפוך לחברה הראשונה שמוכרת תאים סולאריים מבוססי סיליקון פרובסקיט לשוק גגות המגורים. תהיה להם יעילות העשויה לשנות את המשחק, גבוהה בכ -20% מהטכנולוגיה הנוכחית המכהנת, תאי סיליקון בלבד.

אוקספורד PV משתמשת במושג "טנדם" שבו סרט דק של פרובסקיט מוחל על תא ראשוני (או תחתון) מסיליקון קונבנציונאלי (עובי הפרובסקיט הוא בערך 1/200 מזה של הסיליקון).

גישה טנדמית זו משפרת את היכולת ללכוד חלקים ספציפיים של ספקטרום השמש, במיוחד בקצה הכחול בעל האנרגיה הגבוהה, כלומר לתא הטנדם של perovskite-on-silicon יש מגבלת יעילות תיאורטית של 43% לעומת 29% עבור סיליקון בלבד. תאים.

בפועל, היעילות הממוצעת של PV סיליקון למגורים שהותקנה עד היום היא בטווח של 15-20%, בעוד שהמקסימום "העולם האמיתי" עבור סיליקון מוערך בכ- 26%.

תאי הטנדם PV המופקים מסחרית מוקדמים צפויים להגיע בתחילה ליעילות של כ- 27%, אך החברה צופה שיפורים מתמידים עם התפתחות הטכנולוגיה בשנים הקרובות. "יש לנו מפת דרכים ברורה לקחת את הטכנולוגיה הזו מעבר ל -30%", אומר המנכ"ל פרנק אברדונג.

ד"ר כריס קייס, CTO באוניברסיטת אוקספורד, מציין כי מאז שנת 2014, כאשר החברה החליטה להתמקד באופן בלעדי בטנדם הפרובסקיט-סי, היא הגבירה את יעילות התא הסולארי שלה בערך בנקודת אחוז אחת בשנה בממוצע ויש לה דרך והיסודות התיאורטיים להמשך פיתוח טכנולוגיה זו עד שנות ה -30 הגבוהות.

תא מחקר המעסיק את טכנולוגיית ה- PV של אוקספורד כבר השיג 29.52% (כמאושר על ידי המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת בארה"ב), שיא עולמי לתאי טנדם פרובסקיט-סי וגם טוב יותר מכל תא מחקר בצומת יחיד (שהשיא הנוכחי, 29.2%, מוחזק על ידי תא המעסיק GaAs).

פרובסקיט התגלה לראשונה בצורתו המינרלית הטבעית (CaTiO3) בשנת 1839 (במקרה באותה השנה בה נצפתה לראשונה ההשפעה הפוטו-וולטאית, מציין כריס קייס). אך רק בעשר השנים האחרונות בערך הוכרה באופן מלא הפוטנציאל העצום של פרובסקיטים סינתטיים כחומר לתאים סולאריים.

פרופ 'הנרי סניט', שהקים יחד את אוקספורד PV בשנת 2010 למסחור טכנולוגיות סולאריות שהועברו ממעבדתו באוניברסיטת אוקספורד (והיא הממונה המדעי הראשי של החברה), מילא תפקיד מרכזי בכך, במיוחד באמצעות מאמר שפורסם ב Science. בשנת 2012, המתאר טכנולוגיה קיימא של תאים סולריים במצב מוצק המעסיקה פרובסקיט מתכת הליד.

ההתקדמות בעשר השנים האחרונות הייתה מהירה להפליא ופרובסקיטים מושכים עניין גובר בתחום הסולארי.

כמו כל החומרים המשמשים ליישומי תאים סולריים, פרובסקיטים - שהנוסחה הכימית הגנרית שלהם היא ABX3, כאשר A ו- B הם קטיונים ו- X הוא האניון - הם מוליכים למחצה.

"כריס קייס מאמין כי פרובסקיטים יהיו בכל מקום בתחום הפוטוניקה והאלקטרוניקה במשך 50-100 השנים הבאות. "זה חומר מדהים כזה."

מנקודת מבט של מדע החומרים, "יש ייחודיות, לכן זה כל כך טוב", הוא מוסיף. "כל אחד מהאטומים מכוון כמערכת של אוקטדרה אשר נערמים זה על גבי זה, ומפותלים. הטוויסט הזה מאפשר דיפוזיה פוטו-זרמית 'חריגה', וזה די ייחודי למבנה הזה, ואנשים מנצלים את הנכס הזה ... החומר הזה נהדר, זה לא משנה להפליא. "

כמו כן, החומרים המשמשים לפרובסקיטים סינתטיים נמצאים בשפע, והכמות המשמשת ליחידת תפוקת תאים קטנה מאוד. "אז, מנקודת מבט של משאבים, הטכנולוגיה מסוגלת להיות מוגדלת לרמת TW הרבות", אומר קייס.

בנוסף להוכחת יעילות שיא, תאים ומודולים המשתמשים בטכנולוגיית PV של אוקספורד "עברו גם מבחני אמינות סטנדרטיים בתעשייה שנמדדו מהוועדה הבינלאומית לאלקטרוטכניקה", הוא מוסיף.

המסלול לשוק

"המדענים עשו את עבודתם", אומר פרנק אוורדונג. "הם זיהו את החומר. הם יצרו את המבנה. הם עבדו על יציבתו והתייחסו לחששות לגבי עמידות וחיים. השאלה שעליה עלינו להבין תשובה כעת היא: כיצד נסחר אותה? "

האתגר הוא שעומד בפניו כמעט כל סטארט-אפ עם משהו חדש, הוא אומר. "יש לך שוק מבוסס. הקמתם שחקני שוק. יש לך משהו טוב יותר באופן משמעותי. אבל איך לגרום לאנשים לאמץ את זה? איך גורמים לזה לקרות? ”

כפי שהוא מציין, השחקנים המבוססים הם חברות של מיליארדי דולרים והם השקיעו מיליארדים בתשתית ייצור. "האם הם באמת מעוניינים לגרוף את כל זה ולעשות משהו חדש?" שואל אברדונג.

החדשות הטובות הן שטכנולוגיית טנדם ה- PV של אוקספורד, עם הסיליקון כתא העיקרי, אינה מצריכה סילוק של טכנולוגיית הייצור הקיימת ו"אינה משבשת את התעשייה ", וזה יתרון גדול.

"כשאנחנו מניחים תא דק של פרובסקיט על גבי התא 'העיקרי' של הסיליקון, הוא עדיין בעל אותו גורם צורה ועדיין נראה כמו תא Si קונבנציונאלי, אך מתח המוצא גבוה יותר", אומר Averdung. "אתה יכול להשתמש באותם כלים ולהכניס אותם לאותם מודולים. גודל הלוח זהה. הכל אותו דבר. אבל אתה מקבל יותר כוח באופן משמעותי. "

מבחינת המראה, משתמש הקצה לא יבחין בהבדל משמעותי, אלא שהוא "ייראה קצת יותר נחמד", הוא מוסיף.

בשנת 2015, אוקספורד PV הוכיח כי תא הטנדם אפשרי, אך צריך "להביא אותו לגורם הצורה הנדרש", הוא מסביר, ולכן נדרש קו ייצור פיילוט או "מפעל משומש".

מפעל כזה בדיוק נמצא בברנדנבורג אן דר האוול, גרמניה, ונרכש בשנת 2016. "הוא היה גדול מדי בשבילנו באותה תקופה אבל התאים בצורה מושלמת לקו הפיילוט שלנו לסרט דק", שהתחיל לפעול בשנת 2017 , ”אומר אוורדונג.

"תפקידו של קו הפיילוט היה, ועדיין הוא, למעשה אופטימיזציה למוצר, תוך לקיחת כל התוצאות ממעבדת אוקספורד ומגדיל אותן בצורה גורמת וביצוע בדיקות סטנדרטיות בתעשייה כדי לוודא שהתאים משיגים את הנדרש. אמינות ויציבות לטווח הארוך ועמידה בצרכי התעשייה. "

במשך כמה שנים עבדה אוקספורד PV עם שותף לפיתוח משותף, חברה גדולה מאוד בתחום הפוטו וולטיקה, "בעצם סיפרה לנו מה התעשייה תרצה", אומר Averdung.

אך בשנת 2018, הוא מוסיף כי "כל זה השתנה", והחברה החליטה "הדרך הטובה והמהירה ביותר למסחור הטכנולוגיה תהיה לעשות זאת בעצמנו, מה שיאפשר לנו לשמור על כל פרמטרי הטכנולוגיה בשליטתנו, כך שאנחנו יכול להיות בטוח שהמוצר כשזה הגיע לשוק התאים באופן מושלם לדרישות הלקוחות ".

זה דרש מהמשרד למצוא משקיעים שיכניסו אליו כסף, שיאפשרו לה להקים פעולת ייצור. "היה לנו מזל", אומר אוורדונג, כאשר נמצאו מספר משקיעים תומכים. בעלי המניות העיקריים של החברה כוללים כעת את Equinor, Legal& הון כללי, גולדווינד ומאייר-בורגר.

הכסף שהושקעו בחברה על ידי המשקיעים איפשר לשדרג את מפעל ברנדנבורג שנרכש בעבר ובנוסף לקו הפיילוט שכבר נמצא, להקים קו ייצור תאי טנדם מלא בחלק אחר של המתקן.

זה יהיה קו ייצור הנפח הראשון בעולם לתאי שמש טנדם פרובסקיט על סיליקון וצפוי להשיג יכולת יעד ראשונית של 100 מגה-ואט (MW) סביב הרבעון השני בשנה הבאה.

התאים נמכרים ליצרני המודולים (הסדרים כבר קיימים), ושוק היעד הראשוני הוא סקטור גגות המגורים ה"פרימיום ". בפלח זה של השוק, החלל מהווה אילוץ קריטי וצפיפות הכוח המוגברת שמספק תא טנדם PV אוקספורד אטרקטיבית במיוחד.

עם הרבה יותר חשמל שנוצר לאורך חיי ההתקנה, קיימת נכונות לשלם פרמיות משמעותיות עבור מודולים בעלי יעילות גבוהה, סבור אוקספורד PV.

Averdung מציין כי עלויות התאים מהוות חלק קטן יחסית מהעלויות הכוללות של מתקן PV לגג למגורים, כך שעלויות התאים הגדולות משפיעות רק יחסית על הכלכלה הכללית בהשוואה ליתרונות של תפוקה מוגברת.

לקראת ענק המפעל

קו הייצור של 100 מגה-וואט, ושוק גגות המגורים, נתפסים רק כהתחלה. החזון של אוקספורד PV הוא עולם כל חשמלי עם פרובסקיטים כטכנולוגיה סולארית רגילה. מקווים כי סבב המימון האחרון של החברה ייתן לה "את האמצעים לתכנן את הצעד הבא, שהוא מפעל ענק", אומר Averdung.

הוא מקווה שתהיה כושר ייצור של 2 גיגה-ואט (GW) בסוף 2024 או בסביבות, ואז יוסיף כ -2 GW לשנה ויגיע ליותר מ -10 GW בסוף העשור.

בתחילה, שוק היעד הוא, כאמור, גג הפרימיום למגורים, אך "זה ישתנה ברגע שניכנס לייצור בקנה מידה GW, ואז נוכל לתת מענה בנוסף לתחום הגג הקטן-מסחרי", אומר Averdung. , ו"ברגע שאנחנו עוברים ל- 5GW ומעבר לכך, קנה המידה של השירות נמצא בהישג יד ".

בקנה מידה תועלתני, "הכל על LCOE", הוא מציין, "בהנחה שעלות הקרקע שלך ניתנת לניהול", ובכושר ייצור של 5 GW "ה- LCOE שלנו יהיה תחרותי יותר מכל אחד אחר, אבל זה ייקח כמה שנים, כמובן ”.

בסופו של דבר "אנחנו מתכוונים להיות אחד השחקנים הגדולים בתחום הפוטו וולטיקה", אומר Averdung. ושליטה במה ש כריס קייס מכנה "הקסם" של פרובסקיטים יכול להוכיח את המפתח להשגת שאיפה זו.