Το κόστος στα φωτοβολταϊκά πάνελ και κατ’ επέκταση στους ηλιακούς συλλέκτες έχει πέσει δραματικά κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών, με αποτέλεσμα να αυξηθούν κατακόρυφα οι εγκαταστάσεις, τόσο για ιδιωτική, όσο και εμπορική χρήση, κάτι που ομολογουμένως ξεπέρασε και τις πιο αισιόδοξες προσδοκίες στη συγκεκριμένη αγορά.
Πλέον όμως, ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που εντοπίζεται σε τούτο τον τομέα είναι ό,τι υπό κανονικές συνθήκες δεν μπορεί να κατέβει παρακάτω η τιμή τους, παρά μόνο εάν παρακαμφθεί η ποιότητα των πρώτων υλών κατασκευής τους, κάτι που δεν επιθυμεί καμία σοβαρή κατασκευάστρια εταιρεία, αφού κατά πρώτο λόγο θα διακινδυνεύσει να χάσει την καλή της φήμη και κατά δεύτερο λόγο μεγάλο μέρος από τους πελάτες της.
Τώρα, οι ερευνητές στο MIT (Τεχνολογικό Ινστιτούτο Μασαχουσέτης) και στο Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL) έχουν επινοήσει δραστικούς τρόπους για την περαιτέρω μείωση του κόστους των φωτοβολταϊκών πάνελ και των ηλιακών συλλεκτών, αυτή τη φορά με με τη μείωση του πάχους στα κύτταρα του πυριτίου.
Τα λεπτότερα κύτταρα πυριτίου έχουν διερευνηθεί και παλαιότερα, ειδικά πριν από περίπου δώδεκα χρόνια, όταν το κόστος του πυριτίου κορυφώθηκε λόγω έλλειψης εφοδιασμού. Ωστόσο, η προσέγγιση αυτή αντιμετώπισε ορισμένες δυσκολίες: Οι λεπτές πλάκες πυριτίου ήταν πολύ εύθραυστες, γεγονός που οδήγησε σε απαράδεκτα επίπεδα ζημιών κατά τη διάρκεια της παραγωγικής διαδικασίας και το χειρότερο από όλα ήταν ότι είχαν χαμηλότερη απόδοση.
Οι ερευνητές λένε ότι υπάρχουν τώρα τρόποι να αρχίσουμε να αντιμετωπίζουμε αυτές τις προκλήσεις μέσω της χρήσης καλύτερου εξοπλισμού χειρισμού και μερικών πρόσφατων εξελίξεων στην αρχιτεκτονική ηλιακών κυψελών.
Τα νέα ευρήματα της παρούσας μελέτης δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Energy and Environmental Science.
Οι ερευνητές περιγράφουν την προσέγγιση τους ως τεχνοοικονομική (αγγλικά technoeconomic), τονίζοντας ό,τι σε αυτό το σημείο οι οικονομικοί προβληματισμοί είναι εξίσου σημαντικοί με με τις τεχνικές δυσκολίες για την επίτευξη περαιτέρω βελτιώσεων στην προσιτότητα των ηλιακών συλλεκτών.
Σήμερα, το 90% των παγκοσμίων ηλιακών συλλεκτών κατασκευάζονται από κρυσταλλικό πυρίτιο, ενώ παράλληλα η βιομηχανία συνεχίζει να αναπτύσσεται με ρυθμό που αγγίζει περίπου το 30% ετησίως, λένε οι ερευνητές.
Η πλειονότητα των σημερινών φωτοβολταϊκών είναι δημιουργημένα με κύτταρα πυριτίου, που επι της ουσίας είναι η καρδιά αυτών των ηλιακών συλλεκτών, τα οποία κατασκευάζονται από πλακίδια πυριτίου πάχους 160 μικρομέτρων. Στην παρούσα φάση οι ερευνητές του MIT προτείνουν μέσα από βελτιωμένες μεθόδους και τεχνικές πως είναι εφικτό να μειωθούν τα πλακίδια του πυριτίου στα 100 μικρόμετρα – και κάποια στιγμή στο κοντινό μέλλον σε μόλις 40 μικρομέτρα, που θα απαιτούσε μόνο το ένα τέταρτο του πυριτίου για ένα δεδομένο μέγεθος πάνελ.
Τούτη η προοπτική θα μπορούσε, όχι μόνο να μειώσει το κόστος των πάνελ, αλλά και να αυξήσει την παραγωγική ικανότητα των εργοστασίων που τα κατασκευάζουν, παρέχοντας στο εμπόριο περισσότερα κομμάτια.
Η παρούσα μελέτη εξέτασε τα επίπεδα απόδοσης τεσσάρων διαφορετικών παραλλαγών στην αρχιτεκτονική των ηλιακών κυψελών, συμπεριλαμβανομένων των κυψελών PERC (passivated emitter and rear contact) και άλλων προηγμένων τεχνολογιών υψηλής απόδοσης, συγκρίνοντας τις αποδόσεις τους σε διαφορετικά επίπεδα πάχους. Η ομάδα βρήκε ό,τι στην πραγματικότητα υπήρξε μικρή πτώση της απόδοσης σε πάχος που φθάνει τα 40 μm, χρησιμοποιώντας τις νέες βελτιωμένες διαδικασίες κατασκευής που επινόησαν.
Οι ερευνητές επισημαίνουν: Θα χρειαστεί κάποιος εύλογος χρόνος για να αναπτυχθεί ο απαραίτητος εξοπλισμός και οι κατάλληλες διαδικασίες που θα επιτρέψουν τη δημιουργία λεπτότερου υλικού, αλλά με την υπάρχουσα τεχνολογία, είναι σχετικά απλό να φτάσουμε στα 100 μικρομέτρα, κάτι που θα έδινε ήδη κάποια σημαντική εξοικονόμηση. Με περαιτέρω βελτιώσεις στην τεχνολογία, όπως η καλύτερη τοποθέτηση μικροσυστοιχιών στα πάνελ, θα μπορούσε να βοηθήσει στην περαιτέρω μείωση του πάχους. Στο μέλλον, το πάχος θα μπορούσε ενδεχομένως να μειωθεί σε μόλις 15 μικρόμετρα.
Η ανάπτυξη λεπτού πυριτίου έχει λάβει ελάχιστη προσοχή από τους ειδικούς την τελευταία πενταετία, επειδή η τιμή του πυριτίου έχει μειωθεί εξαιρετικά κατά τα τελευταία χρόνια και δεν υπήρχε κάποιος ουσιαστικός λόγος να ρίξουν το βάρος τους πάνω σε αυτό το ζήτημα. Όμως, λόγω των μειώσεων του κόστους που έχουν ήδη πραγματοποιηθεί στην αποδοτικότητα των ηλιακών κυψελών και σε άλλα μέρη της διαδικασίας παραγωγής και της αλυσίδας εφοδιασμού των ηλιακών συλλεκτών, το κόστος του πυριτίου είναι και πάλι ένας παράγοντας που μπορεί να κάνει τη διαφορά.
Οι ερευνητές τόνισαν επίσης ό,τι: «Η ενεργειακή αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών μπορεί να αυξηθεί μόνο κατά μερικές εκατοστιαίες μονάδες, οπότε αν θέλουμε να πετύχουμε περαιτέρω βελτιώσεις, το πάχος είναι ο τρόπος να φτάσουμε πιο γρήγορα στο χαμήλωμα των τιμών τους. Αλλά τούτη η ιδιομορφία θα απαιτήσει τεράστια οικονομικά κεφάλαια σε επενδύσεις για πλήρη ανάπτυξη αυτού του σχεδίου].
Ο σκοπός αυτής της μελέτης, είναι να παράσχει ένα τεχνολογικό προσανατολισμό για όσους ενδεχομένως σχεδιάζουν επέκταση στα συστήματα και τις τεχνολογίες φωτοβολταϊκών πάνελ, καθιστώντας αυτό το μονοπάτι “συγκεκριμένο και απλό”, έτσι, θα μπορεί να βοηθήσει τις εταιρείες να το ενσωματώσουν στο σχεδιασμό τους.
Αυτό που απαιτείται σε πρώτο στάδιο, είναι όλοι οι βασικοί συντελεστές της βιομηχανίας ηλιακών συλλεκτών να κάτσουν σε ένα τραπέζι και να εκπονήσουν μια συγκεκριμένη σειρά προτύπων που θα διευκολύνει στο έπακρο την επιπλέον ανάπτυξη αυτού του τομέα, και να μην κάνει ο καθένας του κεφαλιού του, καθαρά για εγωιστικούς λόγους, κάτι που είναι ιδιαίτερα συνηθισμένο σε μία ανοιχτή οικονομία όπου η κάθε εταιρία θέλει να φανεί περισσότερο από τις υπόλοιπες.
