نوع متفاوتی از فناوری خورشیدی در حال پیشرفت است

امروزه اکثر پانل های خورشیدی که پشت بام ها، مزارع و بیابان های جهان را می پوشانند دارای یک عنصر مشترک هستند: سیلیکون کریستالی.این ماده که از پلی سیلیکون خام ساخته شده است، به شکل ویفر در می آید و به سلول های خورشیدی متصل می شود، دستگاه هایی که نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کنند.اخیراً، وابستگی صنعت به این فناوری منحصر به فرد به چیزی شبیه به یک تعهد تبدیل شده است.تنگناهای زنجیره تامینکند می شوندتاسیسات خورشیدی جدید در سراسر جهانتامین کنندگان عمده پلی سیلیکون در منطقه سین کیانگ چین -متهم به استفاده از کار اجباری از سوی اویغورها- با تحریم های تجاری آمریکا روبرو هستند.

خوشبختانه، سیلیکون کریستالی تنها ماده ای نیست که می تواند به مهار انرژی خورشید کمک کند.در ایالات متحده، دانشمندان و تولیدکنندگان در حال کار برای گسترش تولید فناوری خورشیدی تلورید کادمیوم هستند.تلورید کادمیوم نوعی سلول خورشیدی "لایه نازک" است و همانطور که از نامش پیداست، بسیار نازکتر از سلولهای سیلیکونی سنتی است.امروزه پانل هایی با استفاده از تلورید کادمیومعرضه حدود 40 درصداز بازار مقیاس آب و برق ایالات متحده و حدود 5 درصد از بازار جهانی خورشیدی.و آنها می‌توانند از بادهای مخالفی که صنعت خورشیدی گسترده‌تر با آن مواجه است، سود ببرند.

Kelsey Goss، تحلیلگر تحقیقات خورشیدی برای گروه مشاوره انرژی Wood Mackenzie گفت: «این زمان بسیار فرار است، به ویژه برای زنجیره تامین سیلیکون کریستالی به طور کلی.پتانسیل زیادی برای تولیدکنندگان تلورید کادمیوم وجود دارد که در سال آینده سهم بیشتری از بازار را به خود اختصاص دهند.وی خاطرنشان کرد، به خصوص، زیرا بخش تلورید کادمیوم در حال افزایش است.

در ماه ژوئن، سازنده خورشیدی First Solar گفت که این کار را خواهد کرد680 میلیون دلار سرمایه گذاری کنیددر سومین کارخانه خورشیدی تلورید کادمیوم در شمال غربی اوهایو.زمانی که این تاسیسات به پایان برسد، در سال 2025، این شرکت قادر خواهد بود پنل های خورشیدی 6 گیگاواتی را در این منطقه بسازد.این برای تامین برق حدود 1 میلیون خانه آمریکایی کافی است.یکی دیگر از شرکت های خورشیدی مستقر در اوهایو به نام Toledo Solar اخیرا وارد بازار شده و در حال ساخت پانل های تلورید کادمیوم برای پشت بام های مسکونی است.و در ماه ژوئن، وزارت انرژی ایالات متحده و آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر آن، یا NREL،یک برنامه 20 میلیون دلاری راه اندازی کردبرای تسریع تحقیقات و رشد زنجیره تامین تلورید کادمیوم.یکی از اهداف این برنامه کمک به ایزوله کردن بازار خورشیدی ایالات متحده از محدودیت های عرضه جهانی است.

محققان NREL و First Solar که قبلاً Solar Cell Inc. نامیده می شد، از اوایل دهه 1990 برای توسعه با یکدیگر همکاری کردند.تکنولوژی تلورید کادمیوم.کادمیوم و تلورید به ترتیب محصولات جانبی ذوب سنگ معدن روی و پالایش مس هستند.در حالی که ویفرهای سیلیکونی برای ساخت سلول ها به هم متصل می شوند، کادمیوم و تلورید به عنوان یک لایه نازک - حدود یک دهم قطر موی انسان - به همراه سایر مواد رسانای الکتریسیته روی شیشه ای اعمال می شوند.First Solar که اکنون بزرگترین تولید کننده لایه نازک در جهان است، پانل هایی را برای تاسیسات خورشیدی در 45 کشور عرضه کرده است.

لورل منسفیلد، دانشمند NREL، گفت: این فناوری مزایای خاصی نسبت به سیلیکون کریستالی دارد.به عنوان مثال، فرآیند لایه نازک به مواد کمتری نسبت به روش مبتنی بر ویفر نیاز دارد.فناوری لایه نازک نیز برای استفاده در پانل های انعطاف پذیر، مانند پنل هایی که کوله پشتی یا هواپیماهای بدون سرنشین را می پوشانند یا در نماها و پنجره های ساختمان ادغام می شوند، مناسب است.او گفت که نکته مهم این است که پانل های لایه نازک در دماهای گرم بهتر عمل می کنند، در حالی که پانل های سیلیکونی می توانند بیش از حد گرم شوند و در تولید برق کارآمدتر شوند.

اما سیلیکون کریستالی در زمینه‌های دیگر، مانند بازده متوسط ​​آن‌ها، دست برتر را دارد - یعنی درصد نور خورشیدی که پانل‌ها جذب می‌کنند و به الکتریسیته تبدیل می‌کنند.از لحاظ تاریخی، پانل های سیلیکونی راندمان بالاتری نسبت به فناوری تلورید کادمیوم داشته اند، اگرچه این شکاف در حال کاهش است.18 تا 22 درصددر حالی که First Solar میانگین بازدهی 18 درصدی را برای جدیدترین پنل های تجاری خود گزارش کرده است.

با این حال، دلیل اصلی تسلط سیلیکون بر بازار جهانی نسبتاً ساده است.گاس گفت: «همه چیز به هزینه بستگی دارد."بازار خورشیدی به شدت توسط ارزان ترین فناوری هدایت می شود."

او گفت که سیلیکون کریستالی برای تولید هر وات انرژی خورشیدی حدود 0.24 تا 0.25 دلار هزینه دارد که نسبت به سایر رقبا کمتر است.First Solar اعلام کرد که دیگر هزینه به ازای هر وات تولید پانل های تلورید کادمیوم خود را گزارش نمی کند، فقط از سال 2015 - زمانی که این شرکت - هزینه ها "به طور قابل توجهی کاهش یافته است"هزینه های گزارش شده 0.46 دلار در هر وات- و هر سال کاهش می یابد.چند دلیل برای ارزان بودن نسبی سیلیکون وجود دارد.مواد خام پلی سیلیکون، که در رایانه ها و تلفن های هوشمند نیز استفاده می شود، نسبت به منابع کادمیوم و تلوراید به طور گسترده در دسترس و ارزان تر است.همانطور که کارخانه‌های پانل‌های سیلیکونی و اجزای مرتبط افزایش یافته‌اند، هزینه‌های کلی ساخت و نصب این فناوری کاهش یافته است.دولت چین نیز به شدتحمایت و یارانه پرداخت می شودبخش خورشیدی سیلیکونی کشور - تا آنجا کهحدود 80 درصدزنجیره تامین تولید انرژی خورشیدی در جهان اکنون از چین می گذرد.

کاهش هزینه های پانل باعث رونق جهانی خورشیدی شده است.در طول دهه گذشته، کل ظرفیت خورشیدی نصب شده در جهان تقریباً ده برابر افزایش یافته است، از حدود 74000 مگاوات در سال 2011 به نزدیک به 714000 مگاوات در سال 2020.مطابق باآژانس بین المللی انرژی های تجدیدپذیرایالات متحده حدود یک هفتم کل جهان را به خود اختصاص داده است و اکنون خورشیدی استیکی از بزرگترین منابعهر سال ظرفیت برق جدید در ایالات متحده نصب می شود.

انتظار می‌رود که هزینه هر وات تلورید کادمیوم و سایر فناوری‌های لایه نازک به طور مشابه با توسعه تولید کاهش یابد.(First Solar می گویدزمانی که تاسیسات جدید اوهایو افتتاح شود، این شرکت کمترین هزینه را به ازای هر وات در کل بازار خورشیدی ارائه خواهد کرد.) اما هزینه تنها معیاری نیست که اهمیت دارد، همانطور که مسائل زنجیره تامین فعلی صنعت و نگرانی‌های کارگری روشن است.

مارک ویدمار، مدیر عامل First Solar، گفت که توسعه برنامه ریزی شده 680 میلیون دلاری این شرکت بخشی از یک تلاش بزرگتر برای ایجاد یک زنجیره تامین خودکفا و "جدا کردن" صنعت خورشیدی ایالات متحده از چین است.اگرچه پانل‌های تلورید کادمیوم از پلی سیلیکون استفاده نمی‌کنند، First Solar چالش‌های دیگری را نیز پیش روی این صنعت احساس کرده است، مانند عقب ماندگی‌های ناشی از بیماری همه گیر در صنعت کشتیرانی دریایی.در ماه آوریل، First Solar به سرمایه گذاران گفت که ازدحام در بنادر آمریکا باعث شده است که محموله های پانل از تاسیسات آن در آسیا متوقف شود.ویدمار گفت که افزایش تولید ایالات متحده به این شرکت اجازه می دهد تا از جاده ها و راه آهن برای ارسال پانل های خود استفاده کند، نه کشتی های باری.و برنامه بازیافت موجود این شرکت برای پانل‌های خورشیدی به آن اجازه می‌دهد تا بارها از مواد استفاده مجدد کند و وابستگی آن به زنجیره‌های تامین خارجی و مواد خام را کاهش دهد.

همانطور که First Solar پانل‌ها را تولید می‌کند، دانشمندان هم در این شرکت و هم NREL به آزمایش و بهبود فناوری تلورید کادمیوم ادامه می‌دهند.در سال 2019، شرکارویکرد جدیدی را توسعه دادکه شامل "دوپینگ" مواد لایه نازک با مس و کلر برای دستیابی به راندمان بالاتر است.در اوایل این ماه، NRELنتایج را اعلام کردیک آزمایش میدانی 25 ساله در تاسیسات بیرونی آن در گلدن، کلرادو.یک آرایه ۱۲ صفحه‌ای از پانل‌های تلورید کادمیوم با ۸۸ درصد کارایی اولیه خود کار می‌کرد، که یک نتیجه قوی برای پانل‌هایی که بیش از دو دهه در بیرون از خانه قرار داشتند.با توجه به انتشار NREL، تخریب "همراست با کاری است که سیستم های سیلیکونی انجام می دهند".

منسفیلد، دانشمند NREL، گفت که هدف جایگزینی سیلیکون کریستالی با تلورید کادمیوم یا ایجاد یک فناوری برتر از دیگری نیست.او گفت: "من فکر می کنم جایی برای همه آنها در بازار وجود دارد، و هر کدام کاربردهای خود را دارند."ما می‌خواهیم تمام انرژی به سمت منابع تجدیدپذیر برود، بنابراین برای مقابله با این چالش واقعاً به همه این انواع مختلف فناوری نیاز داریم.»