เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ประเภทอื่นพร้อมที่จะก้าวไปอย่างยิ่งใหญ่

แผงโซลาร์เซลล์ส่วนใหญ่ที่ปกคลุมหลังคาบ้าน ท้องทุ่ง และทะเลทรายในปัจจุบันมีส่วนผสมเดียวกัน นั่นคือ ผลึกซิลิคอนวัสดุที่ทำจากโพลีซิลิคอนดิบจะมีรูปร่างเป็นแผ่นเวเฟอร์และต่อเข้ากับเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนแสงแดดเป็นไฟฟ้าเมื่อเร็ว ๆ นี้ การพึ่งพาเทคโนโลยีเอกพจน์ของอุตสาหกรรมนี้ได้กลายเป็นความรับผิดชอบอย่างหนึ่งคอขวดของห่วงโซ่อุปทานกำลังชะลอตัวลงการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ใหม่ทั่วโลกซัพพลายเออร์โพลีซิลิคอนรายใหญ่ในภูมิภาคซินเจียงของจีน —ถูกกล่าวหาว่าใช้แรงงานบังคับจากชาวอุยกูร์— กำลังเผชิญกับมาตรการคว่ำบาตรทางการค้าของสหรัฐฯ

โชคดีที่ผลึกซิลิคอนไม่ใช่วัสดุชนิดเดียวที่สามารถช่วยควบคุมพลังงานจากดวงอาทิตย์ได้ในสหรัฐอเมริกา นักวิทยาศาสตร์และผู้ผลิตกำลังทำงานเพื่อขยายการผลิตเทคโนโลยีแคดเมียมเทลลูไรด์พลังงานแสงอาทิตย์แคดเมียมเทลลูไรด์เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบาง และบางกว่าเซลล์ซิลิกอนแบบเดิมอย่างที่ชื่อบอกวันนี้แผงใช้แคดเมียมเทลลูไรด์จัดหาประมาณร้อยละ 40ของตลาดขนาดสาธารณูปโภคของสหรัฐ และประมาณร้อยละ 5 ของตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลกและพวกเขายืนหยัดที่จะได้รับประโยชน์จากกระแสลมที่ต้องเผชิญกับอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ในวงกว้าง

Kelsey Goss นักวิเคราะห์วิจัยพลังงานแสงอาทิตย์ของกลุ่มที่ปรึกษาด้านพลังงาน Wood Mackenzie กล่าวว่า "เป็นช่วงเวลาที่ผันผวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับห่วงโซ่อุปทานผลึกซิลิคอนโดยทั่วไป“ผู้ผลิตแคดเมียมเทลลูไรด์มีศักยภาพสูงที่จะชิงส่วนแบ่งตลาดมากขึ้นในปีหน้า”โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เธอตั้งข้อสังเกต เนื่องจากภาคสารแคดเมียมเทลลูไรด์กำลังขยายตัวแล้ว

ในเดือนมิถุนายน บริษัท First Solar ผู้ผลิตพลังงานแสงอาทิตย์กล่าวว่าจะทำลงทุน 680 ล้านเหรียญสหรัฐในโรงงานพลังงานแสงอาทิตย์แคดเมียมเทลลูไรด์แห่งที่สามทางตะวันตกเฉียงเหนือของรัฐโอไฮโอเมื่อโรงงานเสร็จสิ้น ในปี 2568 บริษัทจะสามารถผลิตแผงโซลาร์เซลล์ได้มูลค่า 6 กิกะวัตต์ในพื้นที่นั่นเพียงพอที่จะให้พลังงานแก่บ้านชาวอเมริกันประมาณ 1 ล้านหลังToledo Solar บริษัทพลังงานแสงอาทิตย์อีกแห่งในโอไฮโอเพิ่งเข้าสู่ตลาดและกำลังผลิตแผงแคดเมียมเทลลูไรด์สำหรับหลังคาบ้านพักอาศัยและในเดือนมิถุนายน กระทรวงพลังงานสหรัฐและห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ หรือ NRELเปิดตัวโปรแกรมมูลค่า 20 ล้านดอลลาร์เพื่อเร่งการวิจัยและขยายห่วงโซ่อุปทานสำหรับแคดเมียมเทลลูไรด์หนึ่งในเป้าหมายของโครงการคือการช่วยป้องกันตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ของสหรัฐจากข้อจำกัดด้านอุปทานทั่วโลก

นักวิจัยของ NREL และ First Solar ซึ่งก่อนหน้านี้เรียกว่า Solar Cell Inc. ได้ทำงานร่วมกันตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1990 เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีแคดเมียมเทลลูไรด์.แคดเมียมและเทลลูไรด์เป็นผลพลอยได้จากการถลุงแร่สังกะสีและกลั่นทองแดงตามลำดับในขณะที่ซิลิคอนเวเฟอร์ถูกต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเซลล์ แคดเมียมและเทลลูไรด์จะถูกทาเป็นชั้นบางๆ — ประมาณหนึ่งในสิบของเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์ — บนบานกระจกพร้อมกับวัสดุนำไฟฟ้าอื่นๆFirst Solar ซึ่งปัจจุบันเป็นผู้ผลิตฟิล์มบางรายใหญ่ที่สุดในโลก ได้จัดหาแผงสำหรับติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ใน 45 ประเทศ

Lorelle Mansfield นักวิทยาศาสตร์ของ NREL กล่าวว่า เทคโนโลยีนี้มีข้อได้เปรียบบางประการเหนือคริสตัลไลน์ซิลิคอนตัวอย่างเช่น กระบวนการฟิล์มบางต้องใช้วัสดุน้อยกว่าวิธีที่ใช้แผ่นเวเฟอร์เทคโนโลยีฟิล์มบางยังเหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในแผงแบบยืดหยุ่น เช่น ที่คลุมเป้สะพายหลังหรือโดรน หรือติดตั้งบนส่วนหน้าของอาคารและหน้าต่างที่สำคัญ แผงฟิล์มบางทำงานได้ดีกว่าในอุณหภูมิที่ร้อนจัด ในขณะที่แผงซิลิกอนสามารถให้ความร้อนมากเกินไปและมีประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าน้อยลง เธอกล่าว

แต่ผลึกซิลิคอนมีความเหนือกว่าในด้านอื่นๆ เช่น ประสิทธิภาพโดยเฉลี่ย ซึ่งหมายถึงเปอร์เซ็นต์ของแสงอาทิตย์ที่แผงดูดซับและเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าในอดีต แผงซิลิกอนมีประสิทธิภาพสูงกว่าเทคโนโลยีแคดเมียมเทลลูไรด์ แม้ว่าช่องว่างจะแคบลง แผงซิลิกอนที่ผลิตในเชิงอุตสาหกรรมในปัจจุบันสามารถบรรลุประสิทธิภาพ18 ถึง 22 เปอร์เซ็นต์ในขณะที่ First Solar ได้รายงานประสิทธิภาพเฉลี่ย 18 เปอร์เซ็นต์สำหรับแผงเชิงพาณิชย์รุ่นใหม่ล่าสุด

ถึงกระนั้น เหตุผลหลักที่ซิลิคอนครองตลาดโลกนั้นค่อนข้างเรียบง่ายGoss กล่าวว่า "ทุกอย่างขึ้นอยู่กับต้นทุน"“ตลาดพลังงานแสงอาทิตย์มีแนวโน้มที่จะขับเคลื่อนด้วยเทคโนโลยีที่ถูกที่สุด”

คริสตัลลีนซิลิคอนมีราคาประมาณ 0.24 ถึง 0.25 ดอลลาร์ในการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ต่อวัตต์ ซึ่งน้อยกว่าคู่แข่งรายอื่น เธอกล่าวFirst Solar กล่าวว่า บริษัทไม่ได้รายงานต้นทุนต่อวัตต์ในการผลิตแผงแคดเมียมเทลลูไรด์อีกต่อไป มีเพียงต้นทุนที่ "ลดลงอย่างมาก" ตั้งแต่ปี 2558 เมื่อบริษัทรายงานต้นทุนที่ 0.46 ดอลลาร์ต่อวัตต์- และลดลงต่อเนื่องทุกปีมีเหตุผลสองสามประการที่ทำให้ซิลิคอนมีราคาถูกวัตถุดิบโพลีซิลิคอนซึ่งใช้ในคอมพิวเตอร์และสมาร์ทโฟนมีจำหน่ายอย่างแพร่หลายและมีราคาถูกกว่าแคดเมียมและเทลลูไรด์เนื่องจากโรงงานสำหรับแผงซิลิกอนและส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องได้ขยายขนาดขึ้น ต้นทุนโดยรวมในการผลิตและติดตั้งเทคโนโลยีจึงลดลงรัฐบาลจีนยังจัดหนักได้รับการสนับสนุนและอุดหนุนภาคพลังงานแสงอาทิตย์ซิลิคอนของประเทศ - มากขนาดนั้นประมาณร้อยละ 80ของห่วงโซ่อุปทานการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ของโลกตอนนี้ไหลผ่านประเทศจีน

ต้นทุนแผงที่ลดลงได้ผลักดันความเฟื่องฟูของพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลกในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา กำลังการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้งทั้งหมดของโลกเพิ่มขึ้นเกือบสิบเท่า จากประมาณ 74,000 เมกะวัตต์ในปี 2554 เป็นเกือบ 714,000 เมกะวัตต์ในปี 2563ตามสำนักงานพลังงานหมุนเวียนระหว่างประเทศสหรัฐอเมริกาคิดเป็นประมาณหนึ่งในเจ็ดของทั้งหมดของโลก และตอนนี้มีแสงอาทิตย์อยู่หนึ่งในแหล่งที่ใหญ่ที่สุดของกำลังการผลิตไฟฟ้าใหม่ที่ติดตั้งในสหรัฐอเมริกาทุกปี

ต้นทุนต่อวัตต์ของแคดเมียมเทลลูไรด์และเทคโนโลยีฟิล์มบางอื่นๆ คาดว่าจะลดลงในทำนองเดียวกันเมื่อการผลิตขยายตัว(First Solar กล่าวว่าเมื่อโรงงานแห่งใหม่ในรัฐโอไฮโอเปิดทำการ บริษัทจะส่งมอบต้นทุนต่อวัตต์ที่ต่ำที่สุดในตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมด) แต่ต้นทุนไม่ใช่ตัวชี้วัดเดียวที่สำคัญ เนื่องจากปัญหาห่วงโซ่อุปทานในปัจจุบันของอุตสาหกรรมและความกังวลด้านแรงงานมีความชัดเจน

Mark Widmar ซีอีโอของ First Solar กล่าวว่าแผนการขยายธุรกิจมูลค่า 680 ล้านดอลลาร์ของบริษัทเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามที่มากขึ้นในการสร้างห่วงโซ่อุปทานแบบพอเพียงและ "แยก" อุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ของสหรัฐฯ จากจีนแม้ว่าแผงแคดเมียมเทลลูไรด์จะไม่ใช้โพลีซิลิคอนใดๆ แต่ First Solar ก็รู้สึกถึงความท้าทายอื่นๆ ที่อุตสาหกรรมต้องเผชิญ เช่น งานค้างที่เกิดจากโรคระบาดในอุตสาหกรรมการเดินเรือในเดือนเมษายน First Solar บอกกับนักลงทุนว่าความแออัดที่ท่าเรือของอเมริกาทำให้การขนส่งแผงควบคุมจากโรงงานในเอเชียการเพิ่มการผลิตของสหรัฐฯ จะทำให้บริษัทสามารถใช้ถนนและทางรถไฟในการขนส่งแผงสินค้า ไม่ใช่เรือบรรทุกสินค้า Widmar กล่าวและโครงการรีไซเคิลแผงโซลาร์ที่มีอยู่ของบริษัทช่วยให้บริษัทสามารถนำวัสดุกลับมาใช้ใหม่ได้หลายครั้ง ซึ่งช่วยลดการพึ่งพาซัพพลายเชนและวัตถุดิบจากต่างประเทศ

ขณะที่ First Solar เลิกผลิตแผง นักวิทยาศาสตร์ทั้งจากบริษัทและ NREL ยังคงทดสอบและปรับปรุงเทคโนโลยีแคดเมียมเทลลูไรด์ต่อไปในปี 2562 พันธมิตรพัฒนาแนวทางใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการ "เติม" วัสดุฟิล์มบางด้วยทองแดงและคลอรีนเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นเมื่อต้นเดือนนี้ NRELประกาศผลจากการทดสอบภาคสนามเป็นเวลา 25 ปีที่โรงงานกลางแจ้งในเมืองโกลเดน รัฐโคโลราโดแผงเซลล์แคดเมียมเทลลูไรด์ 12 แผงกำลังทำงานที่ 88 เปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพเดิม ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่แข็งแกร่งสำหรับแผงที่อยู่ภายนอกอาคารมานานกว่าสองทศวรรษการย่อยสลาย "เป็นไปตามที่ระบบซิลิกอนทำ" ตามการเปิดเผยของ NREL

Mansfield นักวิทยาศาสตร์ของ NREL กล่าวว่าเป้าหมายไม่ใช่การแทนที่ผลึกซิลิคอนด้วยแคดเมียมเทลลูไรด์หรือสร้างเทคโนโลยีหนึ่งให้เหนือกว่าอีกเทคโนโลยีหนึ่ง“ฉันคิดว่ามีที่ว่างสำหรับพวกเขาทั้งหมดในตลาด และพวกเขาแต่ละคนก็มีใบสมัครของตัวเอง” เธอกล่าว“เราต้องการให้พลังงานทั้งหมดไปสู่แหล่งพลังงานหมุนเวียน ดังนั้นเราจึงต้องการเทคโนโลยีประเภทต่างๆ เหล่านี้เพื่อตอบสนองความท้าทายดังกล่าว”