Izvor: nsenergybusiness.com
Oxford PV postat će prva tvrtka koja će sljedeće godine prodati solarne ćelije na bazi perovskitea na bazi silikona na tržište stambenih krovova.
Oxford PV koristi "tandem" koncept u kojem se tanki film perovskita primjenjuje na konvencionalnu silicijsku primarnu ćeliju (Kredit: Oxford PV)
Oxford PV, koji sebe opisuje kao "perovskite tvrtku", planira biti ključni igrač u onome što vidi kao potpuno električnu budućnost na solarni pogon. James Varley, pisac časopisa Modern Power Systems, razmatra kako tvrtka želi doći do tog cilja.
Sljedeće godine, ako sve bude išlo po planu, Oxford PV postat će prva tvrtka koja će prodati solarne ćelije na bazi perovskita i silikona na tržište stambenih krovova. Oni će imati potencijalno promjenjivu učinkovitost, oko 20% veću od trenutne tehnologije, stanica samo za silicij.
Oxford PV koristi "tandem" koncept u kojem se tanki film perovskita nanosi na konvencionalnu silicijsku primarnu (ili donju) ćeliju (perovskitna debljina je oko 1/200. silikonske).
Ovaj tandemski pristup poboljšava sposobnost hvatanja određenih dijelova sunčevog spektra, osobito na visokoenergetskom, plavom kraju, što znači da tandemska ćelija perovskite na siliciju ima teoretsku granicu učinkovitosti od 43% naspram 29% za stanice samo za silicij.
U praksi, prosječna učinkovitost stambenog silikonskog fotonaponskog zračenja do danas je u rasponu od 15-20%, dok se "stvarni svijet" maksimum za silicij procjenjuje na oko 26%.
Očekuje se da će rane komercijalno proizvedene oxfordske fotonaponske tandemske stanice u početku postići učinkovitost od oko 27%, ali tvrtka predviđa stalna poboljšanja kako se tehnologija razvija u narednim godinama. "Imamo jasan plan da ovu tehnologiju prijeđemo 30 posto", kaže izvršni direktor Frank Averdung.
Dr. Chris Case, CTO na Oxford PV-u, napominje da je od 2014. godine, kada se tvrtka odlučila usredotočiti isključivo na perovskite-Si tandem, povećala učinkovitost svoje solarne ćelije otprilike za jedan postotni bod godišnje u prosjeku i ima put i teorijske temelje za daljnji razvoj ove tehnologije sve do visokih 30-ih godina.
Istraživačka ćelija koja koristi oxfordsku fotonaponsku tehnologiju već je postigla 29,52% (kako je potvrdio američki Nacionalni laboratorij za obnovljivu energiju), svjetski rekord za perovskite-Si tandem stanice i također bolji od bilo koje istraživačke stanice s jednim spojem (za koju trenutni rekord, 29,2%, drži stanica koja zapošljava GaAs).
Perovskite je prvi put otkriven u svom prirodnom mineralnom obliku (CaTiO3) 1839. godine (slučajno iste godine kada je prvi put uočen fotonaponski učinak, ističe Chris Case). Ali tek je u posljednjih desetak godina u potpunosti prepoznat ogroman potencijal sintetičkih perovskitesa kao materijala za solarne ćelije.
Prof. Henry Snaith, koji je suosnivač Oxford PV-a 2010. godine kako bi komercijalizirala solarnu tehnologiju prenesenu iz svog laboratorija na Sveučilištu u Oxfordu (i glavni je znanstveni direktor tvrtke), odigrao je ključnu ulogu u tome, posebno putem rada objavljenog u Scienceu 2012. godine, opisujući održivu tehnologiju solarnih ćelija u čvrstom stanju koja koristi metal halid perovskite.
Napredak u posljednjih 10 godina bio je iznimno brz i perovskiti privlače sve veći interes za solarno polje.
Kao i svi materijali koji se koriste u primjenama solarnih ćelija, perovskiti – za koje je generička kemijska formula ABX3, gdje su Kationi A i B, a X anion – poluvodiči su.
"Perovskiti će biti sveprisutni u fotonici i elektronici sljedećih 50-100 godina", smatra Chris Case. "To je tako zapanjujući materijal."
Sa stajališta znanosti o materijalima, "postoji jedinstvenost, zato je tako dobra", dodaje. "Svaki od atoma orijentiran je kao skup oktaedara koji su naslagani jedan na drugi i uvrnuti. Taj obrat omogućuje 'anomaliju' visoku fototrenutnu difuziju, a to je prilično jedinstveno za ovu strukturu, a ljudi iskorištavaju ovo svojstvo ... Ove stvari su sjajne, nevjerojatno transformativne."
Također, materijali koji se koriste za sintetičke perovskite su u izobilju, a količina koja se koristi po jedinici izlaza stanica je vrlo mala. "Dakle, sa stajališta resursa, tehnologija je sposobna skalirati se na razinu mnogih TW-a", kaže Case.
Osim što pokazuju rekordnu učinkovitost, ćelije i moduli koji koriste oxfordsku fotonaponsku tehnologiju također su "prošli izvana izmjerene testove pouzdanosti standardne industrije od Međunarodne elektrotehničke komisije", dodaje.
Put do tržišta
"Znanstvenici su obavili svoj posao", kaže Frank Averdung. "Identificirali su materijal. Napravili su strukturu. Radili su na tome da bude stabilan i riješili su zabrinutost u pogledu trajnosti i životnog vijeka. Pitanje na koje sada moramo smisliti odgovor je: kako ga komercijalizirati?"
Izazov je onaj s kojim se suočava gotovo svaki start-up s nečim novim, kaže on. "Imate uspostavljeno tržište. Uspostavili ste tržišne igrače. Imaš nešto znatno bolje. Ali kako natjerati ljude da ga prihvate? Kako to ostvariti?"
Kako ističe, etablirani igrači su multimilijarderske tvrtke i uložili su milijarde u proizvodnu infrastrukturu. "Jesu li stvarno zainteresirani za ukidanje svega toga i raditi nešto novo?" pita Averdung.
Dobra vijest je da Oxford PV tandem tehnologija, sa silikonom kao primarnom ćelijom, ne zahtijeva izbacivanje postojeće proizvodne tehnologije i "ne ometa industriju", a to je velika korist.
"Kada stavimo tanku filmsku perovskite ćeliju na vrh silikonske 'primarne' ćelije, ona još uvijek ima isti faktor oblika i još uvijek izgleda kao konvencionalna Si stanica, ali izlazni napon je veći", kaže Averdung. "Možete koristiti iste alate i umetnuti ih u iste module. Veličina ploče je ista. Sve je isto. Ali dobivate znatno više struje."
Što se tiče izgleda krajnji korisnik neće primijetiti neku veću razliku, osim što će "izgledati malo ljepše", dodaje.
U 2015. godini, Oxford PV je pokazao da je tandemska ćelija izvediva, ali da je treba "dovesti do potrebnog faktora oblika", objašnjava, pa je zahtijevala pilot proizvodnu liniju ili "rabljenu tvornicu".
Upravo takva tvornica pronađena je u Brandenburg an der Havel u Njemačkoj, a kupljena je 2016. godine. "Bio je prevelik za nas taj put, ali je savršeno odgovarao našoj pilot liniji tankog filma", koja je bila pokrenuta 2017. godine", kaže Averdung.
"Uloga pilot-linije bila je, i još uvijek jest, u biti optimizacija proizvoda, uzimanje svih rezultata iz oxfordskog laboratorija i njihovo povećanje faktora oblika i provođenje standardnih ispitivanja u industriji kako bi se provjerilo postižu li stanice potrebnu pouzdanost i dugoročnu stabilnost te kako bi se ispunile potrebe industrije."
Nekoliko godina, Oxford PV radio je sa zajedničkim razvojnim partnerom, vrlo velikom tvrtkom u fotonaponskom poslovanju, "u osnovi nam govori što bi industrija željela", kaže Averdung.
No, u 2018. godini dodaje da se "sve to promijenilo", a tvrtka je odlučila da bi "najbolji i najbrži put do komercijalizacije tehnologije bio da to učinimo sami, omogućujući nam da sve parametre tehnologije držimo pod svojom kontrolom kako bismo bili sigurni da je proizvod, kada je riječ o tržištu, savršeno odgovara zahtjevima kupaca".
To je zahtijevalo od tvrtke da pronađe investitore koji bi uložili novac u nju, omogućujući joj da uspostavi proizvodnu operaciju. "Imali smo sreće", kaže Averdung, jer su pronađeni brojni ulagači koji su pružali potporu. Glavni dioničari tvrtke sada uključuju Equinor, Legal & General Capital, Goldwind i Meyer-Burger.
Novac koji su investitori uložili u tvrtku omogućio je nadogradnju prethodno stečene tvornice Brandenburg i, osim pilot linije koja je već tamo, uspostaviti punu liniju za proizvodnju tandem ćelija u drugom dijelu pogona.
To će biti prva svjetska proizvodna linija za tandemske solarne ćelije perovskite na siliciju i očekuje se da će sljedeće godine postići početni ciljni kapacitet od 100 megavata (MW) oko drugog tromjesečja.
Ćelije se prodaju proizvođačima modula (aranžmani su već uspostavljeni), a početno ciljno tržište je "premium" sektor stambenih krovova. U ovom segmentu tržišta, prostor je kritično ograničenje, a povećana gustoća snage koju pruža Oxford PV tandem stanica posebno je atraktivna.
S mnogo više električne energije proizvedene tijekom životnog vijeka instalacije, postoji spremnost da se plate značajne premije za visokoučinkovite module, smatra Oxford PV.
Averdung ističe da troškovi ćelija čine relativno mali udio ukupnih troškova stambene krovne fotonaponske instalacije, tako da povećani troškovi ćelija imaju relativno mali učinak na ukupnu ekonomiju u usporedbi s koristima povećane proizvodnje.
Prema gigafaktoriji
Proizvodna linija od 100 MW i tržište stambenih krovova smatraju se tek početkom. Vizija Oxford PV-a je potpuno električni svijet s perovskites kao mainstream solarne tehnologije. Nada se da će joj najnoviji krug financiranja tvrtke dati "sredstva za planiranje sljedećeg koraka, koji je gigafaktorski", kaže Averdung.
Nada se da će do kraja 2024. ili tamo imati u pogonu 2 gigavata (GW) proizvodnih kapaciteta, a zatim dodati oko 2 GW godišnje, dosegnuvši više od 10 GW do kraja desetljeća.
U početku je ciljno tržište, kao što je već navedeno, premium stambeni krov, ali "to će se promijeniti kada uđemo u proizvodnju GW razmjera, tada ćemo se moći pozabaviti, osim toga, malim komercijalnim krovnim sektorom", kaže Averdung, i "čim prijeđemo na 5GW i dalje, komunalne ljestvice su na dohvat ruke".
Na komunalnoj razini, "sve je u LCOE-u", primjećuje, "pod pretpostavkom da je cijena vaše zemlje upravljiva", a po proizvodnim kapacitetima od 5 GW "naš LCOE će biti konkurentniji od bilo čijeg drugog, ali to će, naravno, potrajati nekoliko godina".
Na kraju "namjeravamo postati jedan od glavnih igrača u fotonaponskoj snazi", kaže Averdung. A ovladavanje onim što Chris Case naziva "magijom" perovskitesa moglo bi se pokazati ključnim za postizanje te ambicije.