هناك نوع مختلف من تكنولوجيا الطاقة الشمسية مهيأ للانطلاق بشكل كبير

تشترك معظم الألواح الشمسية التي تغطي أسطح المنازل والحقول والصحاري في العالم اليوم في نفس المكون: السيليكون البلوري.المادة ، المصنوعة من البولي سيليكون الخام ، تتشكل إلى رقائق ويتم توصيلها بأسلاك في خلايا شمسية ، وهي أجهزة تحول ضوء الشمس إلى كهرباء.في الآونة الأخيرة ، أصبح اعتماد الصناعة على هذه التكنولوجيا الفريدة نوعًا من المسؤولية.اختناقات سلسلة التوريدتتباطأمنشآت شمسية جديدة في جميع أنحاء العالم.موردي البولي سيليكون الرئيسيين في منطقة شينجيانغ الصينية -متهمين باستخدام السخرة من الأويغور- يواجهون عقوبات تجارية أمريكية.

لحسن الحظ ، السيليكون البلوري ليس المادة الوحيدة التي يمكن أن تساعد في تسخير طاقة الشمس.في الولايات المتحدة ، يعمل العلماء والمصنعون على توسيع إنتاج تكنولوجيا الطاقة الشمسية الكادميوم تيلورايد.الكادميوم تيلورايد هو نوع من الخلايا الشمسية "ذات الأغشية الرقيقة" ، وكما يوحي هذا الاسم ، فهي أرق بكثير من خلية السيليكون التقليدية.اليوم ، تستخدم الألواح الكادميوم تيلورايدتوريد حوالي 40 في المئةمن سوق الولايات المتحدة على نطاق واسع ، وحوالي 5 في المائة من سوق الطاقة الشمسية العالمية.وهم سيستفيدون من الرياح المعاكسة التي تواجه صناعة الطاقة الشمسية الأوسع.

قال كيلسي جوس ، محلل أبحاث الطاقة الشمسية لمجموعة Wood Mackenzie الاستشارية في مجال الطاقة: "إنه وقت متقلب للغاية ، خاصة بالنسبة لسلسلة توريد السيليكون البلوري بشكل عام"."هناك إمكانات كبيرة لمصنعي تيلورايد الكادميوم للحصول على حصة أكبر في السوق في العام المقبل."وأشارت على وجه الخصوص إلى أن قطاع تيلورايد الكادميوم آخذ في التوسع بالفعل.

في يونيو ، قالت شركة First Solar المصنعة للطاقة الشمسية إنها ستفعل ذلكاستثمار 680 مليون دولارفي مصنع ثالث للكادميوم تيلورايد للطاقة الشمسية في شمال غرب ولاية أوهايو.عند الانتهاء من المنشأة ، في عام 2025 ، ستكون الشركة قادرة على إنتاج 6 جيجاوات من الألواح الشمسية في المنطقة.هذا يكفي لتشغيل ما يقرب من مليون منزل أمريكي.دخلت شركة توليدو سولار للطاقة الشمسية ومقرها أوهايو السوق مؤخرًا وتقوم بصنع ألواح تيلورايد الكادميوم لأسطح المنازل.وفي يونيو ، وزارة الطاقة الأمريكية ومختبرها الوطني للطاقة المتجددة ، أو NREL ،أطلقت برنامجًا بقيمة 20 مليون دولارلتسريع البحث وتنمية سلسلة التوريد للكادميوم تيلورايد.يتمثل أحد أهداف البرنامج في المساعدة في عزل سوق الطاقة الشمسية في الولايات المتحدة عن قيود العرض العالمية.

يعمل الباحثون في NREL و First Solar ، التي كانت تُعرف سابقًا باسم Solar Cell Inc. ، معًا منذ أوائل التسعينيات من أجل التطويرتكنولوجيا تيلورايد الكادميوم.الكادميوم والتيلورايد منتجان ثانويان لصهر خامات الزنك وتنقية النحاس ، على التوالي.في حين يتم توصيل رقائق السيليكون ببعضها البعض لصنع الخلايا ، يتم استخدام الكادميوم والتيلورايد كطبقة رقيقة - حوالي عُشر قطر شعرة الإنسان - على لوح من الزجاج ، جنبًا إلى جنب مع مواد أخرى موصلة للكهرباء.قامت شركة First Solar ، وهي الآن أكبر شركة مصنعة للأغشية الرقيقة في العالم ، بتوريد الألواح لمنشآت الطاقة الشمسية في 45 دولة.

قالت لوريل مانسفيلد ، عالمة NREL ، إن لهذه التقنية مزايا معينة على السيليكون البلوري.على سبيل المثال ، تتطلب عملية الأغشية الرقيقة مواد أقل من النهج القائم على الرقاقة.تعد تقنية الأغشية الرقيقة أيضًا مناسبة تمامًا للاستخدام في الألواح المرنة ، مثل تلك التي تغطي حقائب الظهر أو الطائرات بدون طيار أو المدمجة في واجهات المباني والنوافذ.وقالت إن الأهم من ذلك هو أن الألواح ذات الأغشية الرقيقة تعمل بشكل أفضل في درجات الحرارة المرتفعة ، بينما يمكن أن ترتفع درجة حرارة ألواح السيليكون وتصبح أقل كفاءة في توليد الكهرباء.

لكن للسيليكون البلوري اليد العليا في مجالات أخرى ، مثل متوسط ​​كفاءتها - مما يعني النسبة المئوية لأشعة الشمس التي تمتصها الألواح وتحولها إلى كهرباء.تاريخياً ، تتمتع ألواح السيليكون بكفاءة أعلى من تقنية تيلورايد الكادميوم ، على الرغم من أن الفجوة تضيق.18 إلى 22 بالمائة، بينما أبلغت First Solar عن متوسط ​​كفاءة بنسبة 18 في المائة لأحدث لوحاتها التجارية.

ومع ذلك ، فإن السبب الرئيسي وراء هيمنة السيليكون على السوق العالمية بسيط نسبيًا.قال جوس: "كل هذا يعود إلى التكلفة"."سوق الطاقة الشمسية تميل إلى أن تكون مدفوعة بشكل كبير بأرخص التقنيات."

قالت إن السليكون البلوري يكلف حوالي 0.24 دولارًا إلى 0.25 دولارًا لإنتاج كل واط من الطاقة الشمسية ، وهو أقل من المنافسين الآخرين.قالت First Solar إنها لم تعد تعلن عن التكلفة لكل واط لإنتاج ألواح الكادميوم تيلورايد الخاصة بها ، فقط تلك التكاليف "انخفضت بشكل كبير" منذ عام 2015 - عندما كانت الشركةأبلغت عن تكاليف 0.46 دولار لكل واط- وتستمر في الانخفاض كل عام.هناك عدة أسباب للرخص النسبي للسيليكون.مادة البولي سيليكون ، التي تستخدم أيضًا في أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية ، متاحة على نطاق واسع وغير مكلفة أكثر من إمدادات الكادميوم والتيلورايد.نظرًا لتوسيع نطاق مصانع ألواح السيليكون والمكونات ذات الصلة ، انخفضت التكاليف الإجمالية لصنع التكنولوجيا وتركيبها.الحكومة الصينية لديها أيضا بكثافةمدعوم ومدعومقطاع الطاقة الشمسية السيليكونية في البلاد - لدرجة أنحوالي 80 بالمائةمن سلسلة التوريد العالمية لتصنيع الطاقة الشمسية يمر الآن عبر الصين.

أدى انخفاض تكاليف الألواح إلى دفع الطفرة الشمسية العالمية.على مدى العقد الماضي ، شهد إجمالي الطاقة الشمسية المركبة في العالم زيادة بنحو عشرة أضعاف ، من حوالي 74000 ميجاوات في عام 2011 إلى ما يقرب من 714000 ميجاوات في عام 2020 ،وفقالوكالة الدولية للطاقة المتجددة.تمثل الولايات المتحدة حوالي سُبع إجمالي العالم ، والطاقة الشمسية الآنأحد أكبر المصادرمن السعة الكهربائية الجديدة المثبتة في الولايات المتحدة كل عام.

من المتوقع بالمثل أن تتقلص تكلفة كل واط من تيلورايد الكادميوم وتقنيات الأغشية الرقيقة الأخرى مع توسع التصنيع.(يقول First Solarأنه عند افتتاح مرفقها الجديد في أوهايو ، ستقدم الشركة أقل تكلفة لكل واط في سوق الطاقة الشمسية بالكامل.) لكن التكلفة ليست المقياس الوحيد المهم ، كما توضح قضايا سلسلة التوريد الحالية للصناعة ومخاوف العمل.

قال مارك ويدمار ، الرئيس التنفيذي لشركة First Solar ، إن توسع الشركة المخطط له بقيمة 680 مليون دولار هو جزء من جهد أكبر لبناء سلسلة إمداد مكتفية ذاتيًا و "فصل" صناعة الطاقة الشمسية الأمريكية عن الصين.على الرغم من أن ألواح الكادميوم تيلورايد لا تستخدم أي بولي سيليكون ، إلا أن First Solar شعرت بوجود تحديات أخرى تواجه الصناعة ، مثل الأعمال المتراكمة التي يسببها الوباء في صناعة الشحن البحري.في أبريل ، أخبرت شركة First Solar المستثمرين أن الازدحام في الموانئ الأمريكية يعيق شحنات الألواح من منشآتها في آسيا.وقال ويدمار إن زيادة الإنتاج الأمريكي ستسمح للشركة باستخدام الطرق والسكك الحديدية لشحن ألواحها وليس سفن الشحن.ويتيح برنامج إعادة التدوير الحالي للشركة لألواحها الشمسية إعادة استخدام المواد عدة مرات ، مما يقلل اعتمادها على سلاسل التوريد الأجنبية والمواد الخام.

بينما تقوم شركة First Solar بإنتاج الألواح ، يواصل العلماء في كل من الشركة و NREL اختبار تقنية تيلورايد الكادميوم وتحسينها.في عام 2019 ، الشركاءطور نهج جديديتضمن "تعاطي" المواد ذات الأغشية الرقيقة بالنحاس والكلور لتحقيق كفاءات أعلى.في وقت سابق من هذا الشهر ، NRELأعلن النتائجمن اختبار ميداني لمدة 25 عامًا في منشأتها الخارجية في جولدن ، كولورادو.كانت مجموعة مكونة من 12 لوحة من ألواح تيلورايد الكادميوم تعمل بنسبة 88 بالمائة من كفاءتها الأصلية ، وهي نتيجة قوية للوحة بقيت في الخارج لأكثر من عقدين.التدهور "يتماشى مع ما تفعله أنظمة السيليكون" ، وفقًا لإصدار NREL.

قال مانسفيلد ، عالم NREL ، إن الهدف ليس استبدال السيليكون البلوري بالكادميوم تيلورايد أو إنشاء تقنية متفوقة على الأخرى.قالت: "أعتقد أن هناك مكانًا لهم جميعًا في السوق ، ولكل منهم تطبيقاته"."نريد أن تذهب كل الطاقة إلى مصادر متجددة ، لذلك نحن بحاجة حقًا إلى كل هذه الأنواع المختلفة من التكنولوجيا لمواجهة هذا التحدي."