Ngành công nghiệp năng lượng mặt trời đã dành nhiều thập kỷ để cắt giảm chi phí sản xuất điện trực tiếp từ mặt trời. Bây giờ nó đang tập trung vào việc làm cho các tấm nền mạnh mẽ hơn nữa.

Với việc tiết kiệm trong sản xuất thiết bị đang ở mức cao và gần đây bị áp lực bởi giá nguyên liệu thô tăng cao, các nhà sản xuất đang đẩy mạnh nghiên cứu những tiến bộ trong công nghệ - chế tạo các thành phần tốt hơn và sử dụng các thiết kế ngày càng tinh vi để tạo ra nhiều điện hơn từ các trang trại năng lượng mặt trời có cùng quy mô.

Xiaojing Sun, trưởng nhóm nghiên cứu năng lượng mặt trời toàn cầu tại Wood Mackenzie Ltd., cho biết: “20 năm đầu tiên của thế kỷ 21, giá mô-đun đã giảm đáng kể, nhưng tốc độ giảm bắt đầu chững lại đáng kể trong hai năm qua. May mắn thay, các công nghệ mới sẽ giúp giảm chi phí điện năng hơn nữa”.

Đường trượt năng lượng mặt trời

Việc thúc đẩy thiết bị năng lượng mặt trời mạnh mẽ hơn nhấn mạnh việc giảm chi phí hơn nữa vẫn là yếu tố cần thiết để thúc đẩy sự chuyển dịch khỏi nhiên liệu hóa thạch. Mặc dù các trang trại năng lượng mặt trời quy mô lưới hiện nay thường rẻ hơn so với thậm chí các nhà máy chạy bằng than hoặc khí đốt tiên tiến nhất, nhưng sẽ cần phải tiết kiệm thêm để kết hợp các nguồn năng lượng sạch với công nghệ lưu trữ đắt tiền cần thiết để cung cấp năng lượng không có carbon suốt ngày đêm.

Các nhà máy lớn hơn, việc sử dụng tự động hóa và các phương pháp sản xuất hiệu quả hơn đã mang lại lợi thế về quy mô, chi phí lao động thấp hơn và ít lãng phí nguyên liệu hơn cho lĩnh vực năng lượng mặt trời. Chi phí trung bình của một tấm pin mặt trời đã giảm 90% từ năm 2010 đến năm 2020.

Đẩy mạnh sản xuất điện trên mỗi bảng điều khiển có nghĩa là các nhà phát triển có thể cung cấp cùng một lượng điện từ một hoạt động quy mô nhỏ hơn. Điều đó có khả năng rất quan trọng vì chi phí đất đai, xây dựng, kỹ thuật và các thiết bị khác không giảm theo cách tương tự như giá bảng điều khiển.

Nó thậm chí có thể có ý nghĩa khi trả một khoản phí bảo hiểm cho công nghệ tiên tiến hơn. Jenny Chase, trưởng nhóm nghiên cứu năng lượng mặt trời tại BloombergNEF, cho biết: “Chúng tôi thấy mọi người sẵn sàng trả giá cao hơn cho một mô-đun công suất cao hơn cho phép họ sản xuất nhiều điện hơn và kiếm được nhiều tiền hơn từ đất nước của họ”.

Hệ thống công suất cao hơn đã đến. Trong suốt thập kỷ qua, hầu hết các tấm pin mặt trời sản xuất tối đa khoảng 400 watt điện. Đầu năm 2020, các công ty bắt đầu bán các tấm pin 500 watt và vào tháng 6, Risen Energy Co. có trụ sở tại Trung Quốc đã giới thiệu một mô hình 700 watt. 

Dưới đây là một số cách mà các công ty năng lượng mặt trời tạo ra các tấm pin siêu sạc:

Perovskite

Trong khi nhiều phát triển hiện tại liên quan đến việc điều chỉnh các công nghệ hiện có, perovskite hứa hẹn một bước đột phá thực sự. Mỏng hơn và trong suốt hơn polysilicon , vật liệu được sử dụng truyền thống, perovskite cuối cùng có thể được xếp lớp trên các tấm pin mặt trời hiện có để tăng hiệu quả hoặc được tích hợp với kính để làm cửa sổ tòa nhà cũng tạo ra năng lượng. 

Kim Dohyung, nhà nghiên cứu chính của nhóm dự án perovskite tại Korea Electric Power Corp , cho biết: "Chúng tôi sẽ có thể đưa năng lượng mặt trời lên một tầm cao mới, một trong số các công ty đang thử nghiệm vật liệu này. Cuối cùng, công nghệ mới này sẽ cho phép chúng tôi đóng góp rất lớn trong việc giảm phát thải khí nhà kính".

Việc áp dụng perovskite trước đây đã bị thách thức bởi chi phí và các vấn đề kỹ thuật ngăn cản sản xuất quy mô thương mại. Hiện nay có dấu hiệu cho thấy đang thay đổi: Vô Tích UtmoLight Technology Co Tháng năm công bố kế hoạch để bắt đầu một dòng thí điểm vào tháng Mười với đầu sản xuất hàng loạt trong năm 2023.

Pin mặt trời 2 mặt

Các tấm pin mặt trời thường lấy năng lượng từ phía đối diện với mặt trời, nhưng cũng có thể tận dụng lượng ánh sáng nhỏ phản xạ lại mặt đất. Tấm nền hai mặt bắt đầu trở nên phổ biến vào năm 2019, với việc các nhà sản xuất đang tìm cách thu được lượng điện tăng thêm bằng cách thay thế vật liệu nền mờ bằng kính chuyên dụng. Họ cũng tạm thời được thúc đẩy bởi một lỗ hổng đã được đóng lại trong luật pháp Hoa Kỳ đã miễn thuế cho các sản phẩm của Trung Quốc.

Xu hướng này khiến các nhà cung cấp kính năng lượng mặt trời mất cảnh giác và trong một thời gian ngắn khiến giá vật liệu này tăng cao. Cuối năm ngoái, Trung Quốc đã nới lỏng các quy định về năng lực sản xuất kính và điều đó sẽ chuẩn bị cơ sở cho việc áp dụng rộng rãi hơn công nghệ năng lượng mặt trời hai mặt.

Polysilicon pha tạp

Một thay đổi khác có thể mang lại sự gia tăng điện năng là chuyển từ vật liệu silicon tích điện dương cho các tấm pin mặt trời sang các sản phẩm tích điện âm hoặc loại n.

Vật liệu loại N được tạo ra bằng cách pha tạp polysilicon với một lượng nhỏ nguyên tố có thêm electron như phốt pho. Nó đắt hơn, nhưng có thể mạnh hơn 3,5% so với vật liệu hiện đang thống trị. Các sản phẩm dự kiến ​​sẽ bắt đầu chiếm thị phần vào năm 2024 và trở thành vật liệu thống trị vào năm 2028, theo PV-Tech. 

Trong chuỗi cung ứng năng lượng mặt trời, polysilicon siêu tinh chế được tạo hình thành các thỏi hình chữ nhật, sau đó được cắt thành các hình vuông siêu mỏng được gọi là tấm wafer. Những tấm wafer đó được nối dây thành các tế bào và ghép lại với nhau để tạo thành các tấm pin mặt trời.

Bánh xốp lớn hơn, tế bào tốt hơn

Trong hầu hết những năm 2010, tấm wafer năng lượng mặt trời tiêu chuẩn là một hình đa giác vuông 156 mm (6,14 inch), có kích thước bằng mặt trước của hộp CD. Giờ đây, các công ty đang làm cho các ô vuông lớn hơn để tăng hiệu quả và giảm chi phí sản xuất. Theo Wood Mackenzie's Sun, các nhà sản xuất đang đẩy mạnh các loại bánh xốp có kích thước 182 và 210 mm, và các kích thước lớn hơn sẽ tăng từ khoảng 19% thị phần trong năm nay lên hơn một nửa vào năm 2023, theo Wood Mackenzie's Sun.

Các nhà máy sản xuất dây wafer thành các tế bào - nơi chuyển đổi các electron bị kích thích bởi các photon ánh sáng thành điện năng - đang bổ sung thêm công suất mới cho các thiết kế như tế bào tiếp xúc thụ động dị liên kết hoặc ôxít đường hầm. Mặc dù đắt hơn để chế tạo, nhưng những cấu trúc đó cho phép các electron tiếp tục nảy xung quanh lâu hơn, làm tăng lượng năng lượng mà chúng tạo ra.