Toen ik jonger was, geloofde ik altijd dat de wetenschap alleen elke technologische uitdaging kon oplossen - en dat elke oplossing die technisch gezien de beste was, zou winnen. Pas na een paar jaar in de industrie te hebben gewerkt, realiseerde ik me hoe economie, marktwerking en concurrentie even belangrijke (en soms grotere) rollen spelen. Een technologische oplossing die op papier uitstekend lijkt, kan, heb ik geleerd, worden aangetast door praktische problemen en een slechte timing.

Voor iedereen die nieuwe technologie ontwikkelt, is het daarom belangrijk om beoordelingspunten voor projecten vast te stellen, voortdurend de markt en de concurrentie te beoordelen en regelmatig op een nuchtere en evenwichtige manier te kijken naar de gereedheid van uw technologie. Ik kan tientallen technologieën bedenken die niet uitpakten zoals bedoeld. Maar hier ga ik 'zonneconcentrator'-fotovoltaïsche cellen (CPV's) onderzoeken - apparaten die elektriciteit opwekken met behulp van lenzen of gebogen spiegels om focus zonlicht op kleine zonnecellen.

Ik moest even aan dit onderwerp denken schrijven over 's werelds meest efficiënte zonnecel, dat in 2019 is ontwikkeld door het Amerikaanse National Renewable Energy Laboratory. Het is een CPV-apparaat en heeft een recordrendement van 47.1% wanneer het wordt verlicht door 143 zonnen. Op het eerste gezicht klinkt het apparaat geweldig, aangezien de huidige silicium fotovoltaïsche (PV) flatpanels een efficiëntie hebben van slechts 22%.

Waarom vielen fotovoltaïsche concentratoren, die ooit werden aangeprezen als het volgende grote ding, buiten de boot?

Natuurlijk zien de meeste CPV-installaties er indrukwekkend en futuristisch uit, maar platte silicium-PV's zijn zo sterk in prijs gedaald dat pogingen om CPV's in te zetten sinds 2017 bijna tot stilstand zijn gekomen (zelfs als het onderzoek ernaar wordt voortgezet). Is dit de reden waarom CPV's, die ooit werden aangeprezen als het volgende grote ding, buiten de boot zijn gevallen?

Marktwerking

Het onderzoek naar CPV's begon halverwege de jaren zeventig na de schok van het olie-embargo in het Midden-Oosten (prog. Fotovolt. Onderzoek toepassing 8 93). Het meeste werk vond plaats bij Sandia National Laboratories in New Mexico, met het eerste systeem dat bestond uit een Fresnel-lens van acryl die zonlicht op silicium PV-cellen concentreerde. De cellen werden gekoeld met water om te voorkomen dat ze opwarmen en aan efficiëntie inboeten; ze gebruikten ook een volgsysteem zodat ze altijd naar de zon keken.

Andere bedrijven probeerden snel hun hand, met CPV-systemen die door iedereen waren ontwikkeld, van Motorola en Boeing tot GE en RCA. Uit dit vroege werk kwamen verschillende succesvolle grootschalige demonstratieprojecten voort, met name het 350 kW Soleras-project in Saoedi-Arabië en het 300 kW Entech-systeem in Austin, Texas. De eerste liep vanaf 1981 gedurende meer dan 15 jaar continu en leverde waardevolle inzichten op in de praktische aspecten en bedrijfskosten van CPV's.

Begin jaren tachtig stokte het werk echter toen de urgentie van de energiecrisis voorbij was. Omdat olie en aardgas veel overvloediger bleken te zijn dan verwacht, kelderden de kosten van deze brandstoffen. Dus toen de Amerikaanse federale fondsen voor CPV's schaars werden, haakten de meeste deelnemers af. Onderzoek werd teruggeschroefd, hoewel een paar toegewijden de droom bleven nastreven.

Het verlies aan interesse in CPV's werd gemakkelijk toegeschreven aan lage aardgasprijzen of een gebrek aan politieke wil. Maar het grootste probleem was dat CPV-systemen niet verkochten. Normale, platte silicium zonnepanelen hebben daarentegen honderden toepassingen, variërend van navigatie tot telecommunicatie. Ze zijn ongelooflijk betrouwbaar, hebben geen bewegende delen en hebben zeer weinig onderhoud nodig.

Zonne-PV's zijn vooral handig voor mensen in ontwikkelingslanden, die ze nu gebruiken voor verlichting, koeling en waterpompen, vooral in afgelegen gebieden waar andere energiebronnen niet beschikbaar zijn. Simpel gezegd, geen van deze toepassingen is bijzonder geschikt voor CPV's, die alleen rendabel waren voor installaties groter dan 100 kW.

Een nieuwe dag?

De markt voor CPV's verbeterde na de ontwikkeling in de vroege jaren 2000 van zeer efficiënte "tandem" multi-junction CPV's, die silicium combineren met een III-V-halfgeleider zoals galliumarsenide. In feite zijn er sinds 2010 verschillende multi-megawatt CPV-projecten over de hele wereld in gebruik genomen met dergelijke apparaten. Moderne commerciële systemen hebben een efficiëntie tot 42% en het Internationaal Energieagentschap denkt dat dit tegen het midden van de jaren 50 kan oplopen tot 2020%.

En toch zijn zelfs deze superieure CPV's niet perfect, ze hebben actieve volgsystemen nodig zodat ze altijd naar de zon gericht zijn, evenals speciale koeling. Dat is veel extra complexiteit voor de extra efficiëntie. Bovendien werken de cellen minder goed in wazige of vervuilde omstandigheden omdat het spectrum niet overeenkomt met de spectraal "afgestemde" cellen. Bewolkte dagen zijn een ander probleem omdat het zonlicht niet voldoende geconcentreerd is.

Je energiefactuur verlagen? Probeer deze recordbrekende zonnecellen

Deze beperkingen van multi-junction PV-systemen verminderen hun vermogen en hebben een impact op de economie met hogere kapitaalkosten en onderhoudsrekeningen. Het is moeilijk in te zien hoe ze zonnepanelen kunnen verbeteren, waarvan de prijs tussen 82 en 2010 met 2019% is gedaald, aldus de Internationaal Agentschap voor hernieuwbare energie.

De kostendaling van flat-panel zonne-PV is grotendeels te danken aan schaalvoordelen, maar de Chinese overheid heeft ook een rol gespeeld. Door de zonne-PV-industrie zwaar te subsidiëren, sommigen hebben ruzie gemaakt dat China zonnepanelen in de VS en Europa heeft kunnen verkopen voor minder dan het kost om ze te maken en te verzenden. Deze praktijk, ook wel "dumping" genoemd, heeft concurrenten verdreven en Chinese leveranciers in staat gesteld de markt in een hoek te drijven.

Nu de economie zo sterk de voorkeur geeft aan platte zonne-energie, zijn de vooruitzichten voor de CPV-industrie op korte termijn vervaagd. Verschillende van de grootste CPV-productiefaciliteiten hebben hun activiteiten gesloten, waaronder die van Suncore, Soitec, Amonix en SolFocus. Flat-panel zonne-PV's hebben, ondanks dat ze minder efficiënt zijn, de dag gewonnen vanwege eenvoudige economie.

Alles is echter niet verloren. Misschien staat er een tweede gouden eeuw voor zonneconcentratortechnologie op de agenda waarbij de geconcentreerde energie wordt gebruikt om vloeistoffen op te warmen, waarbij de opgeslagen warmte wordt omgezet in elektriciteit als de zon niet schijnt. Het is een fascinerende mogelijkheid die ik volgende maand zal bespreken.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/its-all-about-the-money-why-seemingly-great-technological-solutions-can-sometimes-fail/