Ang Problema sa Mga Solar Panel

Ang industriya ng solar energy harapin ang isang potensyal Sakong ni Achilles: ang pag-asa nito sa pilak. Bilang isang mahalaga at mahal na metal, ang pilak ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa halos lahat ng mga uri ng solar panel. Sa pandaigdigang produksyon ng solar na enerhiya na lumalampas sa antas ng terawatt, ang pagpapanatili ng paglago na ito ay nanganganib na ngayon ng kakulangan at gastos ng pilak. Ang isang posibleng alternatibo ay umiiral sa mga panel na nakabatay sa tanso, na sinisira ang mga rekord ng kahusayan sa mundo at nagpapakita ng magandang potensyal. Gayunpaman, ang mga tagagawa ay nag-aatubiling palitan ang pilak ng tanso. Maaari bang ang industriya ng solar energy ovharapin ang hamonenges na ibinibigay ng mga resistor ng tanso at nagbibigay sa amin ng mas abot-kaya at mahusay na mga solar panel? Tuklasin natin ang masalimuot at masalimuot na paglalakbay na ito.

Screen printing

Mula noong 1970s, ang screen printing ay ang tradisyunal na paraan para sa paggawa ng silicon solar cells, na bumubuo ng humigit-kumulang 85% hanggang 90% ng produksyon. Katulad sa pag-imprenta ng logo sa isang T-shirt, ang pamamaraang ito ay nagsasangkot ng paglalagay ng screen sa likod ng silicon wafer. Ang makina ay nagdeposito ng isang layer ng silver paste sa screen, at isang scraper ang pinindot ito. Ang wafer ay sumasailalim sa pagpapatuyo, pagpapaputok, at pag-flip, na inuulit ang proseso sa kabilang panig. Bagama't cost-effective, ang hamon ay nasa mga materyales na ginamit. Ang pilak ay bumubuo ng humigit-kumulang 10% ng mga gastos sa pagmamanupaktura at gumagamit ng humigit-kumulang 15% ng minahan ng pilak sa mundo. Sa pagsulong ng solar energy, ang pandaigdigang pangangailangan para sa pilak ay tumaas. Iba't ibang umuusbong na teknolohiya ang naglalaban-laban para sa pilak, kabilang ang 5G na imprastraktura, mga de-kuryenteng sasakyan, at iba pang consumer electronics na bumabad sa merkado. Ang mga siyentipiko ay nagtaas ng mga alalahanin noong 2013, na binabanggit na ang mabilis na paglaki ng demand para sa parehong solar na enerhiya at pilak ay nakahanda upang makabuluhang palakihin ang halaga ng solar energy.

Kahit na ang solar energy ay nagiging mas mura,Ang mga presyo ng pilak ay mabilis na tumataas. Ang Silver Association ay nagsiwalat na ang pandaigdigang demand para sa pilak noong 2021 ay tumama sa isang mataas na rekord mula noong 2015, na may mga presyo na tumataas nang 22% taon-sa-taon, na umabot sa siyam na taong mataas na $25.14 bawat troy onsa. Sa kaibahan, ang mga presyo ng tanso noong 2021 ay humigit-kumulang $0.29 bawat troy onsa. Bagama't maaaring isaalang-alang ng ilan ang pag-recycle ng pilak, iminumungkahi ng isang pag-aaral noong Disyembre 2022 na hindi pa ito magagawa dahil sa hindi sapat na pilak para sa pagreretiro. Ang mahabang buhay ng mga solar panel ay may parehong positibo at negatibong aspeto. Bukod pa rito, ang proseso ng pag-recycle ay labor-intensive, na nangangailangan ng panel disassembly at kemikal na paggamot para sa pag-alis ng pilak. Bagama't kapaki-pakinabang ang pag-recycle sa katagalan, maaaring hindi ito magagawa sa mga darating na dekada.

Ngayon, isaalang-alang natin ang tanso—isang alternatibo na may maihahambing na conductivity ngunit makabuluhang mas mababang gastos. Dalawang pivotal conversion path ang namumukod-tangi: 1) pagpapalit ng silver paste ng copper paste sa screen printing, at 2) pagyakap sa naka-embed na contact solar cell na disenyo sa screen printing. Ang paglipat sa tanso ay nagdudulot ng mga benepisyo tulad ng pagkamit ng world-record na kahusayan ng solar cell at paggamit ng mas abot-kaya, masaganang materyales. Sa nakalipas na mga taon, ilang kumpanya, na inspirasyon ng mga Australian pioneer na sina Stuart Wenham at Martin Green, ay gumawa ng mga kapansin-pansing hakbang. Ang kanilang 1985 patent para sa buried contact solar cells ay minarkahan ng isang makabuluhang pagpapabuti. Upang maunawaan ang mga pagpapahusay na ito, balangkasin natin ang ilang pangunahing istruktura ng solar panel. Ang parang grid na pattern sa harap ng panel ay ang nangungunang contact point, karaniwang nagtatampok ng pilak. Kinokolekta ng mga metal wire na ito ang kuryenteng nabuo ng baterya. Ang mas manipis na pahalang na mga linya, na kilala bilang 'mga daliri,' ay nagpapadala ng kasalukuyang sa mas makapal na patayong mga linya na tinatawag na 'busbars.' Sa isip, ang mga photovoltaic na daliri ay mahigpit na pinipiga at bilang makitid hangga't maaari.

Nakalulungkot, ang paggawa ng manipis na mga daliri ay nagsasangkot ng malaking gastos. Bilang resulta, ang mas malawak na mga daliri sa screen printing ay may malaking disbentaha: isang 10% hanggang 15% na pagbaba sa power output dahil sa pagkawala ng masking. Ang mga naka-embed na contact ay nag-aalok ng eleganteng solusyon na may mas malalim na mga daliri kaysa sa kanilang lapad. Ang mga laser-cut grooves sa silicon ay puno ng tanso, na nagreresulta sa mas maraming metal sa mga daliri at mas kaunting metal na humahadlang sa ibabaw. Binabawasan ng inobasyong ito ang pagkawala ng shading sa 2% hanggang 3%. Sa huli, ang kahusayan ng mga naka-embed na contact solar panel ay lumalampas sa mga naka-screen na katapat ng 25%.

Noong 1991, ang mga pang-eksperimentong cell ng Wenham at Green na may mga naka-embed na contact ay nakamit ang isang record na kahusayan na 24.7%, at ang mga komersyal na cell ay umabot sa 20% na kahusayan. Gayunpaman, ang kanilang malawakang pag-aampon ay nahaharap sa mga hamon. Ipasok ang "Sun King" na si Shi Zhenrong, na nagtatag ng Suntech Power noong 2001. Sa kabila ng pagkamit ng world record na kahusayan na 20.3% para sa mga tansong-metal na selula noong 2012, ang Suntech ay nabangkarote noong Marso nang sumunod na taon. Ang kapalarang ito ay hindi natatangi; Ang BP Solar, gamit ang laser-trough buried contact cells sa mga bahagi ng Saturn nito, ay nahaharap din sa pagkabangkarote noong 2011. Ang tanong ay nananatiling: Kung ang tanso ay napaka-promising, bakit ang mga kumpanyang ito ay nabangkarote?

Ang isang mahalagang kadahilanan na nag-aambag sa hamon na ito ay ang gastos. Ang mga silver solar panel ay mas cost-effective sa paggawa. Habang ang tanso ay isang mas murang hilaw na materyal kaysa sa pilak, ang mahinang pagdirikit nito sa mga solar panel ay naging isang patuloy na isyu para sa mga siyentipiko at practitioner. Ang mga solar panel ay idinisenyo upang tumagal ng 25 taon o higit pa, na nagtatagal sa iba't ibang kondisyon ng klima. Gayunpaman, ang tanso ay madaling matuklap, na posibleng makompromiso ang pagiging maaasahan ng mga cell na may tanso. Ipinapaliwanag ng pangambang ito ang pag-aalangan ng mga tagagawa sa paglipat. Ang pagganap ay isa pang kritikal na alalahanin. Bagama't ang mas makitid na mga daliri sa mga selulang tanso ay nagpapahusay ng kahusayan sa pamamagitan ng pagbabawas ng pag-shadow, ang panganib ng pagsasabog ng tanso sa pinagbabatayan na silikon ay nagdudulot ng banta. Maaaring i-convert ng copper diffusion ang semiconducting silicon sa isang conductor, na humahantong sa mga short circuit sa loob ng panel. Ito ay nagpapakilala ng mga karagdagang panganib na hindi karaniwang nauugnay sa isang mahusay na itinatag na produkto. Ang pagtatatag ng epektibong mga hadlang sa pagsasabog ay kumplikado at maaaring magkaroon ng karagdagang gastos sa produksyon. Higit pa rito, umiiral ang mga alalahanin tungkol sa kung paano maaaring limitahan ng tansong oksihenasyon ang conductivity.

Ang pagtugon sa mga hamong ito sa engineering ay kinabibilangan ng pagsasama ng mga karagdagang hakbang at paglalaan ng mas maraming mapagkukunan sa proseso ng pagmamanupaktura. Ang pagiging kumplikadong ito ay nakatayo bilang isang pangunahing hadlang, na nag-aambag sa limitadong pag-aampon ng tanso at ang mga pakikibaka na kinakaharap ng BP at Suntech. Habang matagumpay na na-komersyal ng BP Solar ang mga Saturn panel nito, ang desisyon na itigil ang produksyon ay nagmula sa kumpetisyon na may mas murang screen-printed na pilak. Habang umuunlad ang teknolohiya, naging mas abot-kaya ang screen-printed na pilak. Sa kabila ng isang pag-aaral noong 2014 na nagsasaad ng tibay ng naka-embed na disenyo ng contact ng BP, ang mga salik sa ekonomiya ay nakaimpluwensya sa mga pagpipilian sa produksyon.

Ang tanong ay bumangon: Maaari bang malampasan ng tanso ang mga hamong ito, lalo na sa kasalukuyang mas mataas na mga panganib? Si Shi Zhenrong ay nagpahayag ng optimismo. Dalawang taon pagkatapos ng pagkabangkarote ng Suntech, pinangunahan niya ang isang pamumuhunan sa bagong tatag na startup na SunDrive. Naka-headquarter sa Sydney, ang kumpanya ay nakatutok sa mga copper plate. Si Supervisor Lennon, na determinadong pabilisin ang proyekto, ay ipinagpatuloy ang kanyang kursong doktoral, na inilaan ang kanyang oras sa mga eksperimento sa garahe. Pagkatapos ng maraming pagtatangka, gumawa siya ng isang paraan upang ikabit ang tanso sa mga solar cell. Ang co-founding ng SunDrive kasama ang kanyang mga kasama sa kuwarto, nag-apply sila para sa isang patent noong 2015. Noong Setyembre 2022, nakamit ng kumpanya ang panel efficiency na 26.41%, na sinira ang world record para sa commercial silicon solar cells.

Kung ang kumpanya ay nakakamit ng malakihang produksyon, ang pag-asam ng paggamit ng scrap silver ay magiging mabubuhay, na posibleng humantong sa makabuluhang pagbawas sa mga presyo ng consumer. Kung mauulit man ang kasaysayan, ang paglalagay ng tanso sa gilid, ay nananatiling hindi tiyak. Ang sagot ay maaaring hindi malayo, dahil ang kumpanya ay nagpaplano na magtatag ng isang pilot production line sa 2023. Ang mga makasaysayang hamon ng mga panel na nakabatay sa tanso, na tumutugon sa mga isyu tulad ng oksihenasyon at pagsasabog, ay nagmumungkahi na maaaring hindi ito isang pangkalahatang solusyon. Ang nagbabantang banta ng tumataas na presyo ng pilak ay maaaring mapilitan ang mga tagagawa na gumawa ng mapagpasyang aksyon. Ano ang iyong mga iniisip? Nag-iisip pa rin? Ang tanso ba ang maliwanag na solusyon? Anong mga sustainable solar alternative ang available?