什么是可再生能源世界的烹饪

什么是可再生能源世界的烹饪降低成本的薄膜太阳能光伏发电技术可以通过体验美国制造商First Solar公司的复兴,得益于近期效益的创新。 照片由第一太阳能公司的

在位于马萨诸塞州贝德福德的一幢单层办公大楼内,在一个被称为增长大厅的秘密房间内,太阳能的未来正在超过2,500°F。 在闭门造车和百叶窗下,定制的“Fearless”和“Intrepid”等雄心勃勃的烤箱正在帮助完善硅晶片的新技术,这是当今太阳能电池板的主力。 如果一切顺利的话,这种新方法可以在未来几年内将太阳能的成本降低20以上。

“这个不起眼的硅片将使太阳能像煤炭一样便宜,并将彻底改变我们消耗能源的方式,”Frank van Mierlo说。 1366技术,这家公司背后是晶圆制造的新方法.

秘密的房间,这些都是可再生能源世界的激动人心的时刻。 由于技术进步和十年来产量的增加,电网平价(即太阳能和风能的可再生能源来源与化石燃料燃烧产生的电力成本相同)正在迅速接近。 在某些情况下,已经实现了这一目标,而另外一些等待的创新成果则为降低成本带来了巨大的希望,为可再生能源带来了一个全新的时代。

太阳能惊喜

沙特阿拉伯2015公司1月份 ACWA电源 惊讶的行业分析师,当它赢得了在迪拜建立一个200兆瓦太阳能发电厂,将能够为 每千瓦时6美分。 价格低于天然气或煤电厂的电力成本,这是太阳能装置的首次。 根据美国能源信息局的数据,来自新天然气和煤电厂的电力将分别估计为每千瓦时6.4美分和9.6美分。

技术的进步,包括能够将太阳光的更高的百分比成能量光伏,已经制成的太阳能电池板的效率更高。 在规模的同时经济体带动了他们的成本。

大部分早期2000s的,太阳能电池板或模块的价格盘旋每瓦左右4 $。 在时间马丁绿,世界领先的光伏研究者之一,计算每个部件的成本,其中包括在制造硅晶片,对模块的外部防护玻璃中使用的多晶硅锭,并在模块的布线所使用的银。 绿色有句名言,只要我们依靠晶体硅太阳能发电的价格可能永远低于$ 1 /瓦。

“这里有一个百分之十的效率提高,降低成本,使太阳能非常有竞争力。” - Mark Ba​​rineau未来,Green和几乎所有其他人都相信,薄膜太阳能模块依靠硅以外的材料需要一小部分的原材料。


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然后,从2007到2014,晶体硅模块的价格 从每瓦$ 4降到每瓦$ 0.50,除了结束薄膜的发展。

太阳能分析师Mark Ba​​rineau表示,成本大幅下降来自大量增量收益 Lux研究。 因素包括用于制备多晶硅一个新的,低成本的方法; 更薄的硅片; 在该阻挡阳光少,并使用银较少的模块的前面细线; 较便宜的塑料代替玻璃; 制造业和自动化程度更高。

Barineau说:“在这里,效率提高了百分之十,而降低成本使太阳能非常具有竞争力。

每瓦25分

格林说:“低于$ 1(每瓦)超出了我的预期。 “但是现在,我认为它可以变得更低。”

一个可能的候选人是1366晶圆制造的新方法。 今天太阳能电池板背后的硅晶片是从大块多晶硅锭切割而来的。 这个过程是非常低效的,将多达一半的初始锭变成锯末。 1366采取不同的方法,在专门制造的烤箱中熔化硅,并将其重新制成薄晶圆,成本不到每晶圆一半的成本,或者晶体硅模块整体成本的20下降百分比。 van Mierlo表示,1366希望在2016上开始批量生产。

同时,薄膜,一度被认为是太阳能发电的未来,然后通过低成本晶体硅粉碎,可能会遇到的复兴。 近期创纪录的低价中标在迪拜的太阳能发电驾驭美国制造商生产的薄膜碲化镉太阳能电池组件 第一太阳能。 该公司不仅在绝大多数薄膜公司中占据优势,而且通过提高太阳能电池的效率,同时扩大生产,一直生产出一些最便宜的模块。 该公司现在表示可以生产太阳能电池组件 小于40美分每瓦 并预计未来几年将进一步降价。

格林说,从现在开始的十年,我们可以很容易地看到太阳能电池组件的成本下降到每瓦特25美分,大约是目前成本的一半。 为了降低成本,太阳光转换成电力的转换效率必须大幅提高。 为了实现这一目标,其他半导体材料将不得不堆叠在现有太阳能电池的顶部,以将更广泛的太阳光转换为电力。

“如果你能堆叠硅片这将是非常无敌的顶部东西,”格林说。

Green和他的同事在22.9上创造了晶体硅太阳能电池组件效率的纪录。 绿色公司怀疑单晶硅的效率会高得多。 然而,在电池堆叠的情况下,他说“天空是极限”。

尺寸的问题

虽然太阳能发电刚刚起步,达到电网平价,风能已经存在。 在2014,陆上风电的平均价格全球作为是天然气发电一样, 根据彭博新能源财经.

与太阳能一样,这个信用度也是技术进步和数量增长。 然而,对风力来说,创新主要是一个规模问题。 风力涡轮机转子叶片的平均长度从1981到2015 增加了六倍多,从9米到60米,就像风能的成本一样 下降了10因子.

D.Todd Griffith说:“增加转子尺寸意味着你获得了更多的能源,这是降低风能成本的最重要的驱动因素。 桑迪亚国家实验室 在新墨西哥州的阿尔伯克基。

格里菲斯最近监督桑迪亚国家实验室的建设和几个100米长的叶片样机测试。 当项目在开工2009,在商业运营最大的刀片60米长。 格里菲斯和他的同事们想看看他们能在多大程度上推动刀片服务器不断增长的趋势,才跑进设计和材料的限制。

“我非常希望看到100米的叶片和超越。” - 托德D.先GriffithTheir原型是一个全玻璃纤维刀片采用了类似的设计和材料因为这些在当时相对较小的商业片发现。 其结果是一个沉重的吓人126吨的刀片,这是这么瘦,这么长时间在强风和引力应变易患震动。

该小组制造了两个后来的原型,采用了更坚固,更轻的碳纤维和一个平底而不锋利的叶片形状。 由此产生的100仪表刀片比其最初的原型轻了60

自从2009项目开始以来,用于商业海上风力发电机的最大叶片已经从60仪表发展到大约80仪表,现在正在开发更大的商业原型。 格里菲斯说:“我完全期望能看到100电表刀片。

当叶片变长,即提高他们的塔越来越高捉更一致,更高速度的风。 随着塔长高,运输成本不断增长的成本越来越高。 为了应对成本增加 GE 最近推出了一个“太空框架”塔,一个用布包裹的钢格子塔。 新塔使用大约相同高度的传统管塔的30少百分之一的钢材,并且可以完全用标准尺寸的集装箱交付,用于现场组装。 该公司最近从美国能源部获得了一笔$ 3.7的赠款,用于开发类似的空间框架叶片。

离岸创新

然而,与晶体硅太阳能电池板一样,现有的风能技术最终会遇到材料限制。 风的另一项创新与位置相关。 风电场正在向海外移动,以寻求更大的风力资源和更少的土地使用冲突。 他们离海越远,水越深,使目前将涡轮机固定到海底的方法过于昂贵。 如果行业转向浮动支撑结构,那么今天的重型风力涡轮机设计可能会过于笨重。

一种可能的解决方案是垂直轴涡轮机,其中主旋翼轴垂直地设置,像快速旋转而不是像传统风力涡轮机那样水平。 用于这种涡轮机的发电机可以放置在海平面上,使得该装置的重心更低。

格里菲斯说:“很有可能一些其他类型的水轮机技术,垂直轴很好,在深水中最具成本效益。

在过去的十年里,太阳能和风能技术取得了显着的创新,提高了效率和成本,在某些情况下超过了最乐观的预期。 未来十年将会带来怎样的结果还不得而知,但如果历史是有指导意义的话,可再生能源的未来看起来是非常积极的。

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关于作者

麦肯纳菲尔·麦肯纳(Phil McKenna)是一位自由撰稿人,对迷人的个人和有趣的想法的融合感兴趣。 他主要关注能源和环境,重点关注消息背后的个人。 他的作品出现在 在此 纽约时报,史密森,有线,奥杜邦,新的科学家,技术审查, MATTER和NOVA,他是一名特约编辑。

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