태양 에너지의 미래:고농축 태양광 전지

올리비에 로이디

지음 2018 년 8 월 엔노모티브는 광산 찌끼에서 발견되는 폐기물의 용도를 변경하는 방법을 찾기 위해 순환 경제 과제를 시작했습니다.

6 주 동안 30 개국에서 온 74 명의 엔지니어가 도전을 수락하고 다른 솔루션을 제출했습니다. 철저한 평가 후,평가 기준을 가장 잘 충족하는 솔루션은 캐나다의 클리프 에드워즈와 프랑스의 올리버 로이디가 제출했습니다.

엔노모티브는 올리비에에게 자신이 좋아하는 주제에 대한 기사를 써달라고 요청했고,여기에 태양에너지와 고농축 태양광 발전의 미래에 대한 그의 견해가 있다.

태양 에너지는 지구 온난화를 억제하는 열쇠입니다. 사실,10 년 전 나는 적극적으로이 분야에서 가장 특히 고농도 태양 광 분야에서 일하고 있었다(중공업). 그 당시에는 표준 태양 광 패널의 진정한 경쟁자로 간주되었지만 수년간의 공격적인 가격 투기는 개발을 심각하게 약화 시켰습니다.

표준 태양 광 발전의’낮은 자본 비용/낮은 수명’의 단기적 접근은 효율성이 두 배 이상이더라도 현명한’중간 초기 비용/긴 수명’경로보다 훨씬 더 유혹적인 것으로 보인다.

이제 표준 태양 전지 패널은 여전히 생존을 위해 고군분투 석탄과 가스 및 중공업 회사와 호의적으로 경쟁하기 시작,그것은 경기가 이미 끝났다고 결론을 쉽게 할 수있다. 그러나,연구는 여전히 임계 값에 도달하면,중공업에 대한 대규모 컴백에 길을 포장 할 수,자본 비용 격차를 줄이기 위해 강한 것입니다.

이 글에서,나는 그것이 성공하기 위해 개선해야 할 나의 개인적인 견해와 함께 중공업 기술의 장단점을 설명하려고합니다.

고농도 태양 광은 무엇입니까?

중화인민공화국의 원리는 햇빛을 매우 높은 효율의 태양전지에 집중시키는 것이다.

일반적으로 우주 또는 군사 응용 프로그램에 대 한 만든이 뛰어난 강력한 태양 전지,천 이상의 농도 비율을 처리 하 고 여전히 실리콘으로 만든 전통적인 태양광 전지 보다 거의 3 배 더 효율적일 수 있습니다.

이 접근법에는 자체 단점이 있습니다:태양을 향해 직접 지향되어야하며 집중 광학을 갖추고 있어야합니다.

광학의 종류

• 투과:

돋보기 렌즈를 사용할 수 있지만 더 우아한 프레 넬 렌즈 디자인이 가장 자주 사용됩니다.

• 반사:

그것은 일반적으로 포물선 모양을 갖는 거울로 햇빛을 집중시키는 것을 포함합니다. 하나의 반사를 사용하는 시스템이 존재하지만 가장 인기있는 디자인은 덜 복잡한 태양 전지 배치를 허용하는 카세그레인 망원경에서 파생됩니다.

일반 태양 전지 패널

• 효율

최고의 상용 실리콘 태양 전지 상판 21%효율 반면 여러 접합 셀 46%에 도달할 수 있고 여전히 개선 되 고,성능에 이러한 격차 높은 광학 손실에도 모듈 수준에서 관찰 될 수 있다.

• 고온에서 매우 안정적인 성능

실리콘 태양 전지 성능은 온도 계수가 약-0 인 매우 온도에 민감합니다.즉,25 개 이상의 모든 학위에 대해(또는 제조업체에 따라 20 개 이상의 학위에 따라)성능의 0.5%를 잃습니다.

이것은 많은 것 같지 않지만 여름에는 최고 품질의 패널의 성능을 19%에서 14%로 떨어 뜨리는 80%(햇빛에 노출 된 자동차에서와 마찬가지로)에 도달하는 것은 드문 일이 아닙니다!

대조적으로,중공업 태양 전지는 실리콘 태양 전지보다 거의 10-50 배 더 나은 -0.01%/90%에 도달하는 최고 -0.05%/90%의 매우 낮은 온도 계수를 가진 재료로 만들어집니다! 이를 통해 중공사 전지는 문제없이 매우 높은 온도(100,000,000 이상)에서 작동 할 수 있습니다.

• 매우 우수한 내구성

모든 산업 시스템에서 활성 구성 요소는 실패하거나 저하 될 가능성이 가장 높으며 태양 광 발전도 예외는 아닙니다. 기존의 태양광 발전에서 활성 부품(태양 전지)은 전자 부품(바이패스 다이오드)외에 노출된 표면의 거의 100%를 차지하므로 고장 또는 열화의 가능성이 실제 문제입니다.

설상가상으로,거대한 가격 경쟁 또한 주요 태양 잠재력을 가지고 매우 뜨거운 기후에서 특히 가난한 장기 성능을 번역 매우 높은 품질의 구성 요소의 사용을 방지 할 수 있습니다. 예를 들어,전면 유리의 캡슐화 및 접착에 사용되는 투명 플라스틱(에바)은 열 사이클링으로 인해 황변을 일으키며,전형적인 열화율은 온대 환경에서 연간 0.5%이며,뜨거운 지역에서는 연간 3%까지 증가합니다.

중공업 태양 전지는 우주 및 군사 응용 분야에서 파생되었으며 열 또는 방사선 손상에 사실상 면역되어 있으며 그 숫자는 또한 감소함에 따라 프리미엄 전자 부품을 사용할 수 있습니다. 이 기술은 비교적 젊기 때문에 장기적인 성능 자체는 존재하지 않지만 군사 또는 우주 응용 프로그램을 기반으로 한 유사한 기술의 반환은 20 년의 운영 후에도 매우 안정적인 성능을 나타내는 것으로 보입니다. 다른 모든 노출 된 표면은 시간이 지남에 따라 분해되지 않는 무기 재료(유리,알루미늄)로 만들 수 있습니다.

• 토지의 잠재적 이중 사용

대형 추적기는 그 아래에 거주하거나 작물을 허용 할만큼 충분히 높을 수 있습니다.

• 쉽게 재활용할 수 있는

반대로,시-태양 전지 및 프레임은 부분 재활용을 위해 고급 분쇄 및 열처리가 필요한 복잡한 불소화 플라스틱에 완전히 접착됩니다.

중국공산당은 왜 지금까지 실패했을까?

• 높은 초기 자본 비용

중국공산당은 장기적으로 더 많은 수익을 올릴 수 있지만,이 장점은 설치를위한 훨씬 더 높은 자본 비용 투자를 상쇄 할만큼 크지 않으며,이는 전통적인 태양 광 발전 기술보다 2.5 배에서 4 배 더 높을 수 있습니다.

참고 태양 광 집중

• 높은 유지 보수 필요

태양의 고정밀 추적(최대 0.1,000,000 각도 정밀도)전용 인력으로부터 지속적인 관심을 필요로한다. 또한 트래커의 높이로 인해 패널 세척이 더 어려울 수 있습니다.

• 구름 성능 저하

중화 인민 공화국은 일반적으로 연간 맑은 날의 80%이상으로 맑은 위치에 설치하는 것을 목표로한다. 참고로,중공업은 날카로운 그림자가 있는 경우에만 작동할 수 있으며,이는 햇빛이 주로 한 방향에서 오는 신호입니다.

• 낮은 토지 점령 밀도

아침이나 저녁에 그림자 효과를 피하려면 추적기를 몇 미터 간격으로 배치해야합니다. 그 결과 토지 점령은 약 50%에 달하며,이는 추적에 의해 제공되는 25%의 태양 에너지에 의해 부분적으로 만 보상됩니다. 결과적으로,중공업은 저비용 토지에서 실행 가능하거나 하나의 추적기 만 설치하는 경우 가능합니다.

• 기술은 아직 젊은

그것은 매우 빠르게 성숙 하지만,중공업은 개발 하 고 스스로 대부분의 구성 요소(추적기 모듈,등)를 생산 하는 모든 회사를 강제 하는 전용된 공급 체인의 부족으로 고통..).

셀은 처음에 너무 커서 높은 소산 요구(더 큰 셀은 더 높은 온도를 생성 함)와 더 큰 무거운 모듈로 변환되어 추가 운영 비용으로 변환되었습니다.

동시에,태양광 산업은 80%이상의 대규모 가격 하락을 경험했다.

제조 설비가 거의 동일하기 때문에 최근 주도 산업의 부상으로 인한 이점을 활용합니다. 많은 주도 원자로가 중공업을위한 개조 될 수 있기 때문에 가격은 이전보다 훨씬 빠르게 하락하기 시작했다.

자동 배치 원래 개발 주도,매우 작은 셀 디자인의 제조는 매우 낮은 제조 오류로 고속으로 가능 합니다. 표준 크기는 10 년 전보다 25 배 작을 수 있습니다.

• 태양광 모듈 가격 하락은 실속

이제 태양광 무역 전쟁 후 먼지 정착 했다,태양광 모듈 가격 고원에 도달 하는 동안 중공업 여전히 거 대 한 가격 하락 잠재력.

• 나머지 사용 가능한 위치는 더 까다로운

온화한 기후에서의 태양 광 설치는 점점 더 경쟁적인 환경이므로 새로운 태양 광 발전 성장은 더 거친 지역에서 와야합니다.

사막과 같이 태양 에너지 잠재력이 가장 높은 곳도 가장 혹독합니다. 표준 태양광 패널 구성 요소는 힘든 시간을 보내고 있다 거의/일 열 사이클링,온대 기후에 설치 된 것에 비해 훨씬 낮은 효율 결과 대처.

중공업이 성공하기 위해서는 개선되어야 한다고 생각하는 것

처음에 말씀드렸듯이,중공업은 제 마음속에 특별한 자리를 가지고 있으며,새로운 디자인이나 가능한 개선에 대한 생각을 멈추지 않았습니다.

다음은 미래의 중공업 성공을 위해 어떤 점에 주목해야 하는지에 대한 나의 생각이다.:

• 모듈 가중치를 줄이는 것은 매우 중요합니다

성능을 더 높이려면 잊어 버리십시오.모듈 가중치는 동일한 정밀도와 비용으로 더 큰 추적기를 허용하기 때문에 운영 비용 절감과 관련하여 가장 중요한 매개 변수입니다. 더 많은 모듈은 동일한 유지 보수를 위해 글로벌 단위당 더 많은 수익을 의미하거나 자동화 된 유지 보수(청소)를 비용 효율적으로 허용하여 필요한 인력을 추가로 줄입니다.

이것은 이전 세대 이후 가중치가 훨씬 최적화 된 매개 변수가 아니기 때문에 어려운 작업이 아닙니다. 나는 개인적으로 아래 무게 디자인을 개발 10 킬로그램/평방 2 평균에 비해 40-45 킬로그램/평방 2 일반적인 중량비 모듈의.

• 프레 넬 렌즈의 사용은 광학 막 다른 골목이다

그 뒤에 아이디어는 믿을 수 없을만큼 우아하지만 정밀 태양 집중을 위해 사용될 때 치명적인 결함으로 고통. 첫째,디자인은 진정으로 효과적 완벽해야합니다: 플라스틱 성형 시 발생하는 반올림 등 모서리의 선명도가 저하되면 성능이 크게 저하됩니다.

그런 다음,프레 넬 렌즈는 포인팅 오류에 매우 민감하고,태양 광선은 고유 한+/-0.5 가 있습니다. 이러한 정밀도로 추적하는 것은 이러한 종류의 광학을 사용하는 기술에 대한 유지 보수 비용의 주요 원천 중 하나입니다.

• 반사 광학은 고전적인”망원경 설계”에서 진화해야합니다.”

반사 광학,초기 투박한 모습에도 불구하고,프레 넬 렌즈의 한계에서 고통을하지 않습니다,그들은 일반적으로 훨씬 낮은 유지 보수 비용을 허용+/-1,000,000 이상의 큰 추적 오류에 대처할 수 있습니다. 유일한 단점은”카세그레인 망원경”을 기반으로 한 현재의 디자인은 매우 높은 제조 비용으로 번역되는 표준 기술로 쉽게 대량 생산되지 않는다는 것입니다

제조 비용을 향상시키는 것은 이미지 형성을 제거하는 더 많은”변형 된”디자인을 사용하여 농도 능력 만 유지할 수 있으며,가능성은 매우 크며 생산 비용을 10 이상 절감 할 수있는 디자인을 직접 만들었습니다.

• 매우 낮은 물 소비로 자동 청소 사용

앞에서 설명한 바와 같이,물 가용성이 일반적으로 매우 부족한 특히 혹독한 곳에서 중공업 자영업은 실제로 빛을 발합니다. 매우 경제적인 청소 시스템을 추가 하는 것은 필수적,기존 건물 창 청소 기술을 사용 하 여 새로운 것 들을 개발 하는 것 보다는 열쇠가 될 수 있습니다.

결론

이 기술은 여전히 표준 태양 광 발전 시스템을 능가 할 수있는 잠재력을 가지고로 중공업 명백한 죽음은 단지 좌절 할 수있다. 이제 먼지가 난리 가격 투기의 시간 후에 정착 것을,중공업 전투 지구 온난화에 대한 내구성 도구로 큰 역할을 할 수있다.

태양에너지의 미래가 무엇이라고 생각하는지 알려주고 엔노모티브가 제공하는 것이 무엇인지 알아보자.