كيف تخطط أكسفورد الكهروضوئية لتكون لاعبا رئيسيا في مستقبل الطاقة الشمسية التي تعمل بالطاقة الشمسية جميع الكهربائية

المصدر: nsenergybusiness.com

ستصبح شركة أكسفورد PV أول شركة تبيع الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون إلى سوق السطح السكني في العام المقبل.

أكسفورد PV توظف مفهوم "جنبا إلى جنب" الذي يتم تطبيق فيلم رقيقة من perovskite إلى الخلية الأساسية السيليكون التقليدية (الائتمان: أكسفورد PV)

أكسفورد PV، التي تصف نفسها بأنها "شركة بيروفسكيت"، تخطط لتكون لاعبا رئيسيا في ما تعتبره المستقبل بالطاقة الشمسية كل الكهربائية. يلقي جيمس فارلي، الكاتب في مجلة "مودرن باور سيستمز"، نظرة على كيفية وصول الشركة إلى هذا الهدف.

في العام المقبل، إذا سار كل شيء على ما يرام، ستصبح أكسفورد PV أول شركة تبيع الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون perovskite إلى سوق السطح السكني. وسوف يكون لديهم كفاءة يحتمل أن تغير قواعد اللعبة، أعلى بنحو 20٪ من التكنولوجيا الحالية الحالية، خلايا السيليكون فقط.

أكسفورد PV توظف مفهوم "جنبا إلى جنب" الذي يتم تطبيق فيلم رقيقة من perovskite إلى خلية السيليكون الأولية التقليدية (أو أسفل) (سمك perovskite يجري حوالي 1/200th من ذلك من السيليكون).

يحسن هذا النهج المترادف القدرة على التقاط أجزاء محددة من الطيف الشمسي ، خاصة في النهاية الزرقاء عالية الطاقة ، مما يعني أن الخلية الترادفية perovskite-on-silicon لديها حد كفاءة نظري بنسبة 43٪ مقابل 29٪ للخلايا السيليكون فقط.

في الممارسة العملية ، فإن متوسط كفاءة السيليكون الكهروضوئي السكني المثبت حتى الآن يتراوح بين 15-20 ٪، في حين يقدر الحد الأقصى "للعالم الحقيقي" للسيليكون بحوالي 26٪.

من المتوقع أن تحقق الخلايا الترادفية الكهروضوئية المنتجة تجاريا في أكسفورد كفاءة تبلغ حوالي 27٪ في البداية ، ولكن الشركة تتوقع تحسينات مطردة مع تطور التكنولوجيا في السنوات المقبلة. "لدينا خارطة طريق واضحة لاتخاذ هذه التكنولوجيا إلى ما بعد 30٪"، يقول الرئيس التنفيذي فرانك أفيردونغ.

يشير الدكتور كريس كيس، مدير العمليات في أكسفورد PV، إلى أنه منذ عام 2014، عندما قررت الشركة التركيز حصريا على الترادف perovskite-Si، عززت كفاءة خلاياها الشمسية بنسبة نقطة مئوية واحدة تقريبا سنويا في المتوسط ولديها مسار والأسس النظرية لزيادة تطوير هذه التكنولوجيا على طول الطريق إلى الثلاثينات العالية.

وقد حققت خلية بحثية تستخدم تكنولوجيا أكسفورد الكهروضوئية بالفعل 29.52٪ (كما هو معتمد من قبل المختبر الوطني للطاقة المتجددة في الولايات المتحدة)، وهو رقم قياسي عالمي للخلايا الترادفية perovskite-Si وأيضا أفضل من أي خلية بحثية أحادية التقاطع (التي يحتفظ بها السجل الحالي، 29.2٪، من قبل خلية تستخدم GaAs).

تم اكتشاف Perovskite لأول مرة في شكله المعدني الذي يحدث بشكل طبيعي (CaTiO3) في عام 1839 (من قبيل الصدفة في نفس العام الذي لوحظ فيه التأثير الكهروضوئي لأول مرة ، يشير كريس كيس). ولكن فقط في السنوات العشر الماضية أو نحو ذلك أن الإمكانات الضخمة من perovskites الاصطناعية كمادة للخلايا الشمسية قد تم الاعتراف بها تماما.

وقد لعب البروفيسور هنري سنايث، الذي شارك في تأسيس شركة أكسفورد الكهروضوئية في عام 2010 لتسويق تكنولوجيا الطاقة الشمسية المنقولة من مختبره في جامعة أكسفورد (وهو كبير المسؤولين العلميين في الشركة)، دورا رئيسيا في ذلك، لا سيما من خلال ورقة نشرت في مجلة ساينس في عام 2012، واصفا تقنية الخلايا الشمسية الصلبة القابلة للتطبيق التي تستخدم الهاليد المعادن بيروفسكيت.

وقد كان التقدم المحرز على مدى السنوات العشر الماضية سريعا بشكل ملحوظ، وتجذب البيروفسكيت اهتماما متزايدا بالمجال الشمسي.

مثل جميع المواد المستخدمة في تطبيقات الخلايا الشمسية، perovskites - التي الصيغة الكيميائية العامة هي ABX3، حيث A و B هي كاتيون والعاشر هو أنيون - هي شبه الموصلات.

"Perovskites سيكون في كل مكان في الضوئيات والالكترونيات للسنوات ال 50-100 المقبلة" ، ويعتقد كريس كيس. "إنها مادة مذهلة"

من وجهة نظر علم المواد ، "هناك تفرد ، وهذا هو السبب في أنها جيدة جدا" ، ويضيف. "كل من الذرات موجهة على أنها مجموعة من أوكتهادرا التي مكدسة فوق بعضها البعض، والملتوية. هذا التطور يسمح "شاذة" نشر التيار الضوئي عالية، وهذا هو الى حد كبير فريدة من نوعها لهذا الهيكل، والناس يستغلون هذه الخاصية ... هذه الأشياء رائعة، إنها تحويلية بشكل لا يصدق".

أيضا، المواد المستخدمة لبيروفسكيت الاصطناعية وفيرة، والكمية المستخدمة لكل وحدة من إخراج الخلية صغيرة جدا. "لذلك ، من وجهة نظر الموارد ، والتكنولوجيا قادرة على أن يتم توسيع نطاقها إلى مستوى TW كثيرة" ، ويقول كيس.

وبالإضافة إلى إظهار كفاءة قياسية، فإن الخلايا والوحدات التي تستخدم تقنية أكسفورد الكهروضوئية قد "اجتازت أيضا اختبارات موثوقية قياسية للصناعة مقاسة خارجيا من اللجنة الدولية للكهرباء"، يضيف.

الطريق إلى السوق

يقول فرانك أفيردونغ: "لقد قام العلماء بعملهم. وقال "لقد تعرفوا على هذه المواد. لقد صنعوا الهيكل. وقد عملوا على جعلها مستقرة وعالجوا المخاوف بشأن المتانة والعمر. والسؤال الذي يتعين علينا أن نجد إجابة عليه الآن هو: كيف يمكننا تسويقه؟"

التحدي هو التحدي الذي يواجهه إلى حد كبير كل بدء تشغيل بشيء جديد، كما يقول. "لديك سوق راسخة. لقد أنشأت لاعبين في السوق. لديك شيء أفضل بكثير. ولكن كيف يمكنك الحصول على الناس لاحتضان ذلك؟ كيف يمكنك تحقيق ذلك؟"

وكما يشير، فإن اللاعبين الراسخين هم شركات بمليارات الدولارات وقد استثمروا المليارات في بنية تحتية للتصنيع. "هل هم مهتمون حقا في إلغاء كل ذلك والقيام بشيء جديد؟" يسأل أفيردونغ.

والخبر السار هو أن التكنولوجيا الترادفية الكهروضوئية أكسفورد، مع السيليكون كخلية رئيسية، لا يتطلب التخلي عن تكنولوجيا التصنيع القائمة و "لا يعطل هذه الصناعة"، وهذا هو فائدة كبيرة.

"عندما نضع خلية بيروفسكيت فيلم رقيقة على رأس الخلية السيليكون 'الأولية'، فإنه لا يزال لديه نفس عامل الشكل ولا يزال يبدو وكأنه خلية Si التقليدية، ولكن الجهد الناتج هو أعلى"، يقول Averdung. "يمكنك استخدام نفس الأدوات وإدراجها في نفس الوحدات النمطية. حجم اللوحة هو نفسه. كل شيء على ما هو عليه. ولكن تحصل على مزيد من الطاقة بشكل ملحوظ.

من حيث المظهر المستخدم النهائي لن تلاحظ أي فرق كبير ، إلا أنها "سوف تبدو أجمل قليلا" ، ويضيف.

في عام 2015، أثبتت أكسفورد PV أن الخلية المترادف كانت ممكنة، ولكنها تحتاج إلى "إعادتها إلى عامل الشكل المطلوب"، كما يوضح، لذلك تتطلب خط إنتاج تجريبي أو "مصنع مستعمل".

تم العثور على مثل هذا المصنع في براندنبورغ أن دير هافول، ألمانيا، وتم الاستحواذ عليه في عام 2016. يقول أفيردونغ: "لقد كان كبيرا جدا بالنسبة لنا في ذلك الوقت ولكنه كان مناسبا تماما لخطنا التجريبي ذو الأفلام الرقيقة"، الذي كان يعمل في عام 2017.

"كان دور الخط التجريبي، ولا يزال، تحسين المنتجات بشكل أساسي، وأخذ جميع النتائج من مختبر أكسفورد وتوسيع نطاقها من حيث الشكل وإجراء اختبارات على مستوى الصناعة للتحقق من أن الخلايا تحقق الموثوقية المطلوبة والاستقرار على المدى الطويل، وتلبية احتياجات الصناعة."

لعدة سنوات، عملت أكسفورد PV مع شريك التنمية المشتركة، وهي شركة كبيرة جدا في الأعمال الضوئية، "يقول لنا أساسا ما تريد هذه الصناعة"، يقول أفيردونغ.

ولكن في عام 2018، يضيف أن "كل ما تغير"، وقررت الشركة أن "أفضل وأسرع طريق لتسويق التكنولوجيا سيكون القيام بذلك بأنفسنا، مما يمكننا من الحفاظ على جميع معايير التكنولوجيا تحت سيطرتنا حتى نتمكن من التأكد من أن المنتج، عندما يتعلق الأمر بالسوق كان مناسبا تماما لمطالب العملاء".

وتطلب ذلك من الشركة أن تجد مستثمرين يضعون الأموال فيها، مما يمكنها من إنشاء عملية تصنيع. "كنا محظوظين"، يقول أفيردونغ، حيث تم العثور على عدد من المستثمرين الداعمين. ومن بين المساهمين الرئيسيين في الشركة الآن إكوينور، ليغال آند جنرال كابيتال، غولدويند وماير برغر.

وقد أتاحت الأموال التي وضعها المستثمرون في الشركة تحديث مصنع براندنبورغ الذي تم الاستحواذ عليه سابقا، وبالإضافة إلى الخط التجريبي الموجود بالفعل هناك، إنشاء خط كامل لتصنيع الخلايا المترادف في جزء مختلف من المرفق.

وسيكون هذا أول خط تصنيع في العالم للخلايا الشمسية المترادفة التي تعمل بالسيليكون، ومن المتوقع أن يحقق قدرة مستهدفة أولية تبلغ 100 ميجاوات في الربع الثاني من العام المقبل.

يتم بيع الخلايا لصانعي الوحدات النمطية (الترتيبات موجودة بالفعل) ، والسوق المستهدفة الأولية هي القطاع السكني "المتميز" على السطح. في هذا الجزء من السوق، الفضاء هو قيد حاسم وزيادة كثافة الطاقة التي توفرها الخلية الترادفية الكهروضوئية أكسفورد جذابة بشكل خاص.

مع توليد المزيد من الكهرباء على مدى عمر التركيب ، هناك استعداد لدفع أقساط كبيرة لوحدات عالية الكفاءة ، تعتقد أكسفورد PV.

يشير أفيردونغ إلى أن تكاليف الخلايا تمثل نسبة صغيرة نسبيا من إجمالي تكاليف تركيب الكهروضوئية السكنية على السطح ، لذلك فإن زيادة تكاليف الخلايا ليس لها سوى تأثير صغير نسبيا على الاقتصاد العام مقارنة بفوائد زيادة الناتج.

نحو مصنع جيجا

وينظر إلى خط التصنيع الذي تبلغ طاقته 100 ميجاوات، وسوق السطح السكني، على أنه مجرد بداية. رؤية أكسفورد PV هو عالم كهربائي بالكامل مع perovskites كتكنولوجيا الطاقة الشمسية السائدة. ومن المؤمل أن تعطيها جولة التمويل الأخيرة للشركة "وسيلة للتخطيط للخطوة التالية، وهي مصنع جيجا"، يقول أفيردونغ.

ويأمل أن يكون لديه 2 جيجاوات من الطاقة الإنتاجية في العمل بحلول نهاية عام 2024 أو نحو ذلك، ومن ثم إضافة حوالي 2 جيجاواط سنويا، ليصل إلى أكثر من 10 جيجاواط بحلول نهاية العقد.

في البداية ، فإن السوق المستهدفة هي ، كما سبق الإشارة ، السطح السكني المتميز ، ولكن "هذا سيتغير بمجرد أن ندخل في إنتاج GW على نطاق واسع ، ثم سنكون قادرين على معالجة ، بالإضافة إلى ذلك ، قطاع السطح التجاري الصغير" ، يقول أفيردونغ ، و "بمجرد أن ننتقل إلى 5GW وما بعدها ، يكون نطاق المرافق في متناول اليد".

وعلى نطاق المرافق العامة، "يتعلق الأمر كله ب LCOE"، يلاحظ أن "افتراض أن تكلفة أرضكم يمكن التحكم فيها"، وبطاقة إنتاجية تبلغ 5 غيغاواط "سيكون خطنا LCOE أكثر قدرة على المنافسة من أي شخص آخر، ولكن ذلك سيستغرق بضع سنوات بالطبع".

في النهاية "نعتزم أن نصبح أحد اللاعبين الرئيسيين في الخلايا الكهروضوئية"، يقول أفيردونغ. وإتقان ما يسميه كريس كيس "سحر" perovskites يمكن أن يثبت أن يكون المفتاح لتحقيق هذا الطموح.