Heimild: nsenergybusiness.com
Oxford PV verður fyrsta fyrirtækið til að selja sólfrumur sem byggðar eru á perovskít-sílikon á þakmarkaðinn á íbúðarhúsnæði á næsta ári.
Oxford PV notar „tandem“ hugtak þar sem þunnri filmu af perovskít er borið á hefðbundna frumufrumukísil (inneign: Oxford PV)
Oxford PV, sem lýsir sér sem „perovskite fyrirtækið“, ætlar að vera lykilmaður í því sem það lítur á sem rafknúna framtíð fyrir sólina. James Varley, rithöfundur tímaritsins Modern Power Systems, skoðar hvernig fyrirtæki stefnir að því að ná því markmiði.
Á næsta ári, ef allt gengur að óskum, verður Oxford PV fyrsta fyrirtækið til að selja sólfrumur sem byggðar eru á perovskít-kísil til þakmarkaðarins fyrir íbúðarhúsnæði. Þeir munu hafa hugsanlega leikbreytandi skilvirkni, um 20% hærri en núverandi núverandi tækni, eingöngu kísilfrumur.
Oxford PV notar „tandem“ hugtak þar sem þunnri filmu af perovskít er borið á hefðbundna frumkísil (eða botn) frumu (perovskite þykktin er um það bil 1 / 200þ af kísilnum).
Þessi tandem nálgun bætir hæfileika til að fanga tiltekna hluta sólrófsins, sérstaklega í orku, bláa endanum, sem þýðir að perovskite-on-silicon tandem fruman hefur fræðileg skilvirkni 43% á móti 29% fyrir kísil eingöngu frumur.
Í reynd er meðalnýting kísil-PV úr íbúðarhúsnæði sem sett er upp hingað til á bilinu 15-20%, en hámarks „raunverulegur heimur“ fyrir kísil er áætlaður um 26%.
Snemma, sem framleiddar eru í framleiðslu í Oxford, PV-tannfrumur, er búist við að skili um 27% virkni upphaflega, en fyrirtækið gerir ráð fyrir stöðugum framförum eftir því sem tæknin þróast á næstu árum. „Við höfum skýra vegvísi til að taka þessa tækni umfram 30%,“ segir Frank Averdung forstjóri.
Dr Chris Case, CTO hjá Oxford PV, bendir á að síðan 2014, þegar fyrirtækið ákvað að einbeita sér eingöngu að perovskite-Si tandeminu, hafi það aukið skilvirkni sólarsellunnar um það bil um eitt prósentustig á ári að meðaltali og hafi leið og fræðilegu undirstöðurnar til að þróa þessa tækni áfram alla leið upp í hátt í þriðja áratuginn.
Rannsóknar klefi sem notar Oxford PV tæknina hefur þegar náð 29,52% (eins og vottað er af bandarísku rannsóknarstofunni um endurnýjanlega orku), heimsmet fyrir perovskite-Si tandem frumur og einnig betra en nokkur eining rannsóknar klefi (sem núverandi met fyrir, 29,2%, er í eigu klefa sem nota GaAs).
Perovskite uppgötvaðist fyrst í náttúrulegu steinefnaformi sínu (CaTiO3) árið 1839 (tilviljun sama ár og ljósgjafaáhrif komu fyrst fram, bendir Chris Case á). En það er aðeins á síðustu tíu árum eða svo að gífurlegur möguleiki tilbúins perovskíta sem efni fyrir sólarsellur hefur verið viðurkenndur að fullu.
Prófessor Henry Snaith, sem var með stofnun Oxford PV árið 2010 til að markaðssetja sóltækni sem flutt var frá rannsóknarstofu sinni við háskólann í Oxford (og er yfirmaður vísindafulltrúa fyrirtækisins), hefur gegnt lykilhlutverki í þessu, einkum með grein sem birt var í Science árið 2012, þar sem lýst er lífvænlegri solid-state sólarsellutækni sem notar málmhalíðperovskít.
Framfarir síðustu 10 ára hafa verið ótrúlega örar og perovskítar vekja aukinn áhuga á sólarsviðinu.
Eins og öll efni sem notuð eru við sólfrumur, eru perovskites - sem almenn efnaformúla er ABX3 fyrir, þar sem A og B eru katjónir og X er anjón - hálfleiðarar.
„Perovskítar verða alls staðar nálægir í ljósfræði og rafeindatækni næstu 50-100 árin,“ telur Chris Case. „Þetta er svo töfrandi efni.“
Frá sjónarhóli efnisfræðinnar „er sérstaða, þess vegna er hún svo góð,“ bætir hann við. „Hvert atómanna er stillt sem sett af áttunduðum sem staflað er ofan á hvort annað og snúið. Þessi útúrsnúningur leyfir 'óeðlilegan' mikla ljóstraumandi dreifingu og það er nokkurn veginn einstakt fyrir þessa uppbyggingu og fólk nýtir sér þessa eign ... Þetta efni er frábært, það er ótrúlega umbreytandi. “
Einnig eru efnin sem notuð eru fyrir tilbúið perovskít nóg og magnið sem notað er á hverja einingu frumna er mjög lítið. „Svo frá sjónarhóli auðlinda er hægt að stækka tæknina í mörg TW stig,“ segir Case.
Og auk þess að sýna fram á skilvirkni, hafa frumur og einingar sem nota Oxford PV tæknina einnig „staðist utanaðkomandi mælingar á áreiðanleika áreiðanleika frá Alþjóða raftækninefndinni,“ bætir hann við.
Leiðin að markaðnum
„Vísindamennirnir hafa unnið starf sitt,“ segir Frank Averdung. „Þeir hafa borið kennsl á efnið. Þeir hafa búið til uppbygginguna. Þeir hafa unnið að því að gera það stöðugt og hafa tekið á áhyggjum af endingu og líftíma. Spurningin sem við verðum að finna út svar við núna er: hvernig markaðssetjum við það? “
Áskorunin er sú sem stendur frammi fyrir nokkru hverju sprotafyrirtæki með eitthvað nýtt, segir hann. „Þú ert með rótgróinn markað. Þú hefur stofnað markaðsaðila. Þú hefur eitthvað verulega betra. En hvernig færðu fólk til að faðma það? Hvernig færðu það til? “
Eins og hann bendir á eru rótgrónir leikmenn mörg milljón dollara fyrirtæki og þeir hafa fjárfest milljarða í framleiðsluinnviði. „Hafa þeir virkilega áhuga á að úrelda þetta allt og gera eitthvað nýtt?“ spyr Averdung.
Góðu fréttirnar eru þær að Oxford PV tandem tækni, með kísil sem aðal frumu, þarf ekki að fara yfir núverandi framleiðslutækni og „truflar ekki iðnaðinn“ og þetta er mikill ávinningur.
„Þegar við setjum þunnfilmsperovskítfrumu ofan á„ frum “frumu kísilsins hefur hún enn sama formstuðulinn og lítur enn út eins og hefðbundin Si klefi, en framleiðsluspenna er hærri,“ segir Averdung. „Þú getur notað sömu verkfæri og sett þau í sömu einingar. Stærð spjaldsins er sú sama. Allt er eins. En þú færð verulega meira afl. “
Hvað varðar útlit mun notandinn ekki taka eftir neinum meiriháttar mun, nema að hann „líti svolítið flottari út“, bætir hann við.
Árið 2015 sýndi Oxford PV fram á að tandemfruman væri framkvæmanleg, en þyrfti að „færa hana í nauðsynlegan formstuðul“, útskýrir hann, svo að krafist hafi verið framleiðslulínu til flugmanna eða „notuð verksmiðja“.
Einmitt slík verksmiðja fannst í Brandenburg an der Havel, Þýskalandi, og keypt árið 2016. „Hún var allt of stór fyrir okkur á þessum tíma en passaði fullkomlega fyrir þunnfilmuflugmannalínuna okkar“, sem var í gangi árið 2017 , “Segir Averdung.
„Hlutverk fluglínunnar var, og er enn, í raun hagræðing afurða, að taka allar niðurstöður úr rannsóknarstofunni í Oxford og stækka þær formformlega og gera iðnaðarstaðalprófanir til að sannreyna að frumurnar nái tilskildum áreiðanleika og stöðugleika til lengri tíma litið og uppfylla þarfir iðnaðarins. “
Í nokkur ár starfaði Oxford PV með sameiginlegum þróunaraðila, mjög stóru fyrirtæki í ljósvirkjaviðskiptum, „að segja okkur í grundvallaratriðum hvað iðnaðurinn myndi vilja“, segir Averdung.
En árið 2018 bætti hann við að „allt sem breyttist“ og fyrirtækið ákvað „besta og fljótlegasta leiðin til markaðssetningar tækninnar væri að gera það sjálf og gera okkur kleift að halda öllum breytum tækninnar undir stjórn okkar svo við gæti verið viss um að varan, þegar hún kom á markaðinn, passaði fullkomlega við kröfur viðskiptavina “.
Þetta þurfti fyrirtækið til að finna fjárfesta sem myndu leggja peninga í það og gera því kleift að koma á fót framleiðsluaðgerð. „Við vorum heppin“, segir Averdung, þar sem fjöldi stuðningsfjárfesta fannst. Meðal helstu hluthafa fyrirtækisins eru nú Equinor, Legal&magnari; General Capital, Goldwind og Meyer-Burger.
Féð sem fjárfestar lögðu í fyrirtækið gerði það mögulegt að uppfæra Brandenburg-verksmiðjuna sem áður var keypt og til viðbótar við fluglínuna sem þegar er til, koma á fót fullri framleiðslu línu fyrir tandemfrumur í öðrum hluta starfsstöðvarinnar.
Þetta verður fyrsta framleiðslulína heims fyrir perovskite-on-silicon tandem sólarsellur og búist er við að upphafsmarkgeta verði 100 megavött (MW) um 2. ársfjórðung á næsta ári.
Frumurnar eru seldar til framleiðenda mátanna (fyrirkomulag er þegar til staðar) og upphaflegur markaður er „iðgjald“ búnaður þaksins. Í þessum markaðshluta er pláss mikilvæg takmörkun og aukinn aflþéttleiki sem gefinn er úr PV PV tandem klefi er sérstaklega aðlaðandi.
Með miklu meira rafmagni sem framleitt er á líftíma stöðvarinnar er vilji til að greiða veruleg iðgjöld fyrir afkastamiklar einingar, telur Oxford PV.
Averdung bendir á að kostnaður frumna nemi tiltölulega litlu hlutfalli af heildarkostnaði vegna PV-búnaðar á þaki íbúðarhúsnæðis, þannig að aukinn klefakostnaður hafi aðeins tiltölulega lítil áhrif á heildarhagfræði samanborið við ávinninginn af aukinni framleiðslu.
Í átt að gígafabrikkunni
100-MW framleiðslulínan og þakmarkaðurinn fyrir íbúðarhúsnæði eru aðeins byrjunin. Framtíðarsýn Oxford PV er rafknúinn heimur með perovskites sem almennan sólartækni. Vonast er til að nýjasta fjármögnunarlotan gefi fyrirtækinu „leið til að skipuleggja næsta skref, sem er risaverksmiðja“, segir Averdung.
Hann vonast til að hafa 2 gígavött (GW) af framleiðslugetu í gangi í lok ársins 2024 eða þar um bil og bæta síðan við um 2GW á ári og ná meira en 10GW í lok áratugarins.
Upphaflega er markaðurinn eins og áður hefur komið fram úrvals íbúðarþak, en „þetta mun breytast þegar við komumst í framleiðslu á GW mælikvarða, þá munum við geta tekið til viðbótar litla viðskiptaþakgeiranum“, segir Averdung. , og „um leið og við færum okkur yfir í 5GW og lengra, þá er gagnsemi mælikvarði innan seilingar“.
Á gagnsemi mælikvarða, „þetta snýst allt um LCOE“, segir hann, „miðað við að landkostnaður þinn sé viðráðanlegur“ og við 5 GW framleiðslugetu „mun LCOE okkar vera samkeppnishæfari en nokkur annar, en það mun taka nokkur ár, auðvitað “.
Í lokin „ætlum við að verða einn af helstu leikmönnum ljósvökva“, segir Averdung. Og að ná tökum á því sem Chris Case kallar „töfra“ perovskíta gæti reynst lykillinn að því að ná þeim metnaði.