من حيث التكلفة والحد رقيقة فيلم تكنولوجيا الطاقة الشمسية الضوئية يمكن أن تشهد نهضة، وذلك بفضل الابتكارات كفاءة الأخيرة من قبل الشركة المصنعة الولايات المتحدة الأولى للطاقة الشمسية. الصورة مجاملة من الطاقة الشمسية الأولى، وشركة
داخل مبنى مكتبي مترامي الأطراف من طابق واحد في بيدفورد ، ماساشوستس ، في غرفة سرية تعرف باسم "قاعة النمو" ، يتم طهي مستقبل الطاقة الشمسية بأكثر من 2,500 ° F. خلف الأبواب المغلقة والستائر المنكمشة ، تساعد الأفران المصنوعة خصيصًا مع أسماء طموحة مثل "Fearless" و "Intrepid" على تحسين تقنية جديدة لصنع رقائق السليكون ، وهو العمود الفقري للألواح الشمسية الحالية. إذا سار كل شيء على ما يرام ، يمكن للطريقة الجديدة خفض تكلفة الطاقة الشمسية بأكثر من 20 في المئة في السنوات القليلة المقبلة.
يقول فرانك فان مييرلو ، الرئيس التنفيذي لشركة "إن هذه الرقاقة المتواضعة ستسمح للطاقة الشمسية أن تكون رخيصة مثل الفحم ، وسوف تغير بشكل جذري الطريقة التي نستهلك بها الطاقة". 1366 Technologies، الشركة وراء طريقة جديدة لتصنيع رقاقة.
غرف سرية أم لا ، هذه أوقات مثيرة في عالم الطاقة المتجددة. وبفضل التقدم التكنولوجي وتزايد الإنتاج على مدى العقد ، فإن التكافؤ الشبكي - وهي النقطة التي تتكلف فيها مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية والرياح بنفس تكلفة الكهرباء المشتقة من حرق الوقود الأحفوري - تقترب بسرعة. وفي بعض الحالات ، تم تحقيقه بالفعل ، وهناك ابتكارات إضافية تنتظر في الأجنحة تحمل وعدًا كبيرًا بتكاليف القيادة حتى أقل ، مما أدى إلى عصر جديد تمامًا للطاقة المتجددة.
مفاجأة شمسية
في يناير 2015 ، الشركة السعودية أكوا باور فاجأ محللو الصناعة عندما فازت في محاولة لبناء محطة للطاقة الشمسية 200-megawatt في دبي والتي ستكون قادرة على إنتاج الكهرباء 6 سنتا لكل كيلوواط ساعة. وكان السعر أقل من تكلفة الكهرباء من محطات توليد الكهرباء من الغاز الطبيعي أو الفحم ، وهي أول منشأة لتوليد الطاقة الشمسية. وستكلف الكهرباء الناتجة عن محطات جديدة للغاز الطبيعي والفحم ما يقدر بعشر سنتات 6.4 وسنت 9.6 لكل كيلوواط ساعي ، على التوالي ، بحسب وكالة معلومات الطاقة الأمريكية.
وقد أسهم التقدم التكنولوجي، بما في ذلك وحدات الطاقة الشمسية التي يمكن تحويل نسبة أعلى من ضوء الشمس إلى طاقة، والألواح الشمسية أكثر كفاءة. في نفس الوقت اقتصادات الحجم دفعت بانخفاض تكاليفها.
لكثير من 2000s في وقت مبكر، تراوح سعر الألواح الشمسية أو وحدة نمطية حول 4 $ لكل واط. وفي الوقت مارتن جرين، واحد من الباحثين الضوئية الرائدة في العالم، وتحسب تكلفة كل عنصر، بما في ذلك سبائك السليكون المتعدد البلورات المستخدمة في صنع رقائق السليكون، والزجاج واقية من الخارج من وحدة والفضة تستخدم في الأسلاك وحدة ل . أعلن الأخضر الشهيرة التي طالما ونحن نعتمد على السليكون البلوري للطاقة الشمسية، وسعر من المرجح أبدا تنخفض الى اقل من $ 1 / واط.
"هناك عشر في المئة من مكاسب الكفاءة هنا وتخفيضات في التكاليف هناك والتي أضافت لجعل الطاقة الشمسية تنافسية للغاية." - Mark Barineau يعتقد المستقبل ، الأخضر وكل شخص آخر تقريباً في هذا المجال ، بالأفلام الرقيقة ، وحدات الطاقة الشمسية تعتمد على مواد أخرى غير السيليكون تتطلب جزءًا من المواد الخام.
ثم ، من 2007 إلى 2014 ، سعر وحدات السيليكون البلورية انخفض من $ 4 لكل واط إلى $ 0.50 لكل وات، كل ما عدا إنهاء تطوير الأفلام الرقيقة.
جاء الانخفاض الكبير في التكلفة من عدد كبير من المكاسب الإضافية ، كما يقول مارك بارينو ، محلل الطاقة الشمسية مع لوكس للأبحاث. وتشمل العوامل، عملية جديدة منخفضة التكلفة لصنع السيليكون متعدد الكريستالات. رقائق السليكون أرق. الأسلاك أرق على الجزء الأمامي من الوحدة النمطية التي منع أقل من أشعة الشمس واستخدام كميات أقل من فضة. البلاستيك أقل تكلفة بدلا من الزجاج. وزيادة التشغيل الآلي في التصنيع.
يقول بارينو: "هناك عشر بالمائة من مكاسب الكفاءة هنا وتخفيضات في التكاليف هناك ، مما أدى إلى جعل الطاقة الشمسية تنافسية للغاية".
25 Cents Per Watt
يقول غرين: "تجاوز مبلغ $ 1 [لكل واط] قد تجاوز توقعاتي". "ولكن الآن ، أعتقد أنه يمكن أن يكون أقل من ذلك."
أحد المرشحين المحتملين للحصول عليه هناك طريقة 1366 الجديدة لتصنيع ويفر. يتم قطع رقاقات السليكون خلف الألواح الشمسية اليوم من سبائك كبيرة من السليكون متعدد البلورات. هذه العملية غير فعالة للغاية ، وتحول ما يصل إلى نصف السبيكة الأولية في نشارة الخشب. يتخذ نظام 1366 منهجًا مختلفًا ، إذ يذوب السيليكون في أفران مصممة خصيصًا ويعيد تشكيلها إلى رقائق رقيقة لأقل من نصف التكلفة لكل رقاقة أو انخفاض بنسبة 20 في التكلفة الإجمالية لوحدة السيليكون البلورية. يأمل 1366 أن يبدأ الإنتاج الضخم في 2016 ، وفقا ل van Mierlo.
وفي الوقت نفسه، الأغشية الرقيقة، ويعتقد مرة واحدة أن يكون مستقبل الطاقة الشمسية، ثم سحقت من قبل منخفضة التكلفة السليكون البلوري، يمكن تجربة النهضة. العرض منخفضة التكلفة قياسية مؤخرا لتوليد الطاقة الشمسية في دبي يسخر الأغشية الرقيقة الكادميوم وحدات الطاقة الشمسية تيلوريد التي قدمها الصانع الولايات المتحدة الطاقة الشمسية الأولى. الشركة لم تعلق فقط حيث أن الغالبية العظمى من شركات الأفلام الرقيقة مطوية ، ولكنها أنتجت باستمرار بعض الوحدات الأقل كلفة من خلال زيادة كفاءة خلاياها الشمسية مع زيادة الإنتاج. الشركة تقول الآن أنه يمكن تصنيع وحدات الطاقة الشمسية ل أقل من سنت 40 لكل واط ويتوقع المزيد من التخفيضات في الأسعار في السنوات القادمة.
بعد عشر سنوات من الآن ، يمكننا بسهولة أن نرى تكلفة وحدات الطاقة الشمسية التي تنخفض إلى سنتات 25 لكل واط ، أو ما يقرب من نصف تكلفتها الحالية ، يقول غرين. لتقليل التكاليف إلى أبعد من ذلك ، سيتعين زيادة كفاءة تحويل ضوء الشمس إلى الكهرباء زيادة كبيرة. للوصول إلى هناك ، سيتعين تكديس مواد أخرى شبه موصلة فوق الخلايا الشمسية الموجودة لتحويل نطاق أوسع من ضوء الشمس إلى كهرباء.
واضاف "اذا يمكنك كومة شيء على رأس رقاقة السيليكون أنها سوف تكون جميلة لا يهزم الكثير" يقول الأخضر.
سجل Green وزملاؤه سجلاً لكفاءة وحدة السليكون الشمسية البلورية عند نسبة 22.9 بالمائة في 1996 والتي لا تزال حاضرة اليوم. الأخضر يشك في كفاءة السيليكون البلوري وحده من أي وقت مضى سوف تحصل على أعلى من ذلك بكثير. ومع تكديس الخلايا ، يقول "السماء هي الحد الأقصى".
مسألة الحجم
بينما الطاقة الشمسية هو مجرد بداية للوصول إلى شبكة التكافؤ، وطاقة الرياح هي بالفعل هناك. في 2014، كان متوسط السعر العالمي لطاقة الرياح البرية نفس الكهرباء من الغاز الطبيعي، وفقًا لـ Bloomberg New Energy Finance.
كما هو الحال مع الطاقة الشمسية ، يذهب الائتمان إلى التقدم التكنولوجي والزيادات في الحجم. ولكن بالنسبة للرياح ، كان الابتكار في الأساس مسألة حجم. من 1981 إلى 2015 يكون متوسط طول شفرة دوارة توربين الرياح زاد أكثر من ستة أضعاف، من 9 متر إلى 60 متر ، حيث أن تكلفة طاقة الرياح لديها انخفض بنسبة عامل 10.
"زيادة حجم دوار يعني أنك تستولي على المزيد من الطاقة ، وهذا هو المحرك الوحيد الأكثر استهلاكا في خفض تكلفة طاقة الرياح" ، كما يقول د. تود جريفيث من مختبرات سانديا الوطنية في البوكيرك ، نيو مكسيكو.
غريفيث أشرف مؤخرا على بناء واختبار عدة شفرات النموذج 100 مترا طويلة في سانديا. عندما بدأ المشروع في 2009، وكانت أكبر ريش في عملية تجارية طويلة 60 متر. غريفيث وزملاؤه أراد أن نرى إلى أي مدى يمكنهم دفع اتجاه متزايد شفرات قبل أن اصطدم التصميم والمواد القيود.
"أتوقع أن نرى 100 شفرات متر وما وراءها." - د. تود GriffithTheir كان النموذج الأول شفرة جميع الألياف الزجاجية التي تستخدم تصاميم ومواد مماثلة لتلك الموجودة في شفرات التجارية الصغيرة نسبيا في ذلك الوقت. وكانت النتيجة الثقيلة باهظة شفرة 126 طن التي كانت رقيقة جدا وطويلة كان عرضة للاهتزاز في الرياح القوية والضغط الجاذبية.
صنعت المجموعة نموذجين لاحقين باستخدام ألياف كربونية أقوى وأخف وزنا وشكل نصل كان مسنودًا بدلاً من حادة الحادة. كانت شفرة 100-meter الناتجة أخف وزنًا في 60 مقارنة بنموذجها الأولي
منذ أن بدأ المشروع في 2009 ، نمت أكبر الشفرات المستخدمة في توربينات الرياح التجارية البحرية من 60 متر إلى 80 تقريبًا مع نماذج تجارية أكبر قيد التطوير حاليًا. يقول غريفيث: "أتوقع تمامًا رؤية شفرات متر 100 وما بعدها."
كما شفرات تنمو أطول، الأبراج التي ترفع منهم يحصلون على أطول للحاق أكثر اتساقا، وارتفاع سرعة الرياح. وكما تنمو أبراج اطول، وتكاليف النقل تتزايد مكلفة على نحو متزايد. لمواجهة الزيادة في التكاليف GE وقد ظهر مؤخراً برج "الإطار الفضائي" ، وهو برج شبكي فولاذي ملفوف بنسيج. تستخدم الأبراج الجديدة تقريبًا 30 نسبة أقل من الفولاذ مقارنة بأبراج الأنبوب التقليدية من نفس الارتفاع ويمكن تسليمها بالكامل في حاويات شحن قياسية الحجم للتجميع في الموقع. حصلت الشركة مؤخرًا على منحة قدرها 3.7 مليون دولار من وزارة الطاقة الأمريكية لتطوير شفرات إطار فضاء مماثلة.
ابتكار في الخارج
مثل الألواح الشمسية السليكون البلورية ، ومع ذلك ، فإن تكنولوجيا الرياح الحالية في نهاية المطاف ضد حدود مادية. يرتبط ابتكار آخر في الأفق للرياح بدلاً من الموقع. وتحرك مزارع الرياح في الخارج سعيا وراء موارد ريحية أكبر وصراع أقل لاستخدام الأراضي. وكلما ازدادت المسافات البعيدة عن الشاطئ ، كلما ازداد عمق المياه ، مما جعل الطريقة الحالية لتثبيت التوربينات في قاع البحر باهظة التكلفة. إذا تحركت الصناعة بدلاً من ذلك إلى تعويم هياكل الدعم ، فإن تصميم التوربينات الريحية الأكثر ثقلاً اليوم من المرجح أن يثبت أنه غير عملي.
أحد الحلول المحتملة هو توربين المحور الرأسي ، حيث يتم تعيين عمود الدوار الرئيسي عموديًا ، مثل دوران مرح ، بدلاً من أفقياً مثل توربين الرياح التقليدي. يمكن وضع مولد لمثل هذا التوربين في مستوى سطح البحر ، مما يعطي الجهاز مركز ثقل أقل بكثير.
يقول غريفيث: "هناك فرصة جيدة بأن يكون نوع آخر من تكنولوجيا التوربين ، المحور الرأسي جيدًا ، هو الأكثر فعالية من حيث التكلفة في المياه العميقة".
لقد أنتج العقد الماضي ابتكارات ملحوظة في تكنولوجيا الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، مما أدى إلى تحسينات في الكفاءة والتكلفة التي تجاوزت في بعض الحالات أكثر التوقعات تفاؤلاً. ما سيحققه العقد القادم غير واضح ، ولكن إذا كان التاريخ هو أي دليل ، فإن مستقبل الطاقة المتجددة يبدو إيجابياً للغاية. 
ظهر هذا المقال أصلا على Ensia
نبذة عن الكاتب
Phil McKenna كاتبة مستقلة مهتمة بالتقارب بين الأفراد الرائعين والأفكار المثيرة للاهتمام. يكتب في المقام الأول عن الطاقة والبيئة مع التركيز على الأفراد وراء الأخبار. يظهر عمله في • نيويورك تايمز، سميثسونيان، ايرد، أودوبون، نيو ساينتست، تكنولوجيا مراجعة، مسألة و NOVA ، حيث هو محرر المساهمة.
