Milline tulevik ootab päikesepaneelide tööstust?

Päikesepaneelid Hispaanias Foto: SCANPIX

Päikesepaneelide tootjad loodavad peatselt kasutusele võtta mitmeid uusi tehnoloogiaid, mis võiksid muuta päikeseenergia odavamaks ning päikesepaneelide ehitamise lihtsamaks, kirjutab MIT Technology Review.

Kuigi viimasel ajal on päikeseenergia kasutusevõtmisega seonduvad kulud vähenenud, on fossiilkütustest saadav energia jätkuvalt tunduvalt soodsam.

Samal ajal kui päikesepaneelide paigaldamine on ikka veel kiiret kasvamas, ei lähe tööstusel tervikuna hästi, kuna pakkumine maailmaturul ületab nõudlust. Kehv turuseis võib küll innovatsiooni pidurdada, kuid arengud sektoris siiski jätkuvad. Eelmisel nädalal toimus Floridas Tampas IEEE Photovoltaics Specialists Conference´i nimeline üritus, kus päikeseenergia tööstuse esindajad jäid pikemas perspektiivis tuleviku suhtes siiski optimistlikuks.

Üks tehnoloogia, mis on pea kõiki üllatanud, on tavaline kristalliline räni. Mõned aastad tagasi maksid päikesepaneelid neli dollarit vati kohta ning üks juhtivaid päikeseenergia rakendamisega seotud teadlasi, New South Walesi ülikooli professor Martin Green oli kindel, et päikesepaneelide hind ei lange kunagi alla ühe dollari vati kohta.

«Nüüd on see hind kukkunud umbes 50 sendi juurde vati kohta, mõned räägivad isegi juba 36 sendi piirist,» ütles ta.

USA energeetikaministeeriumi poolt püstitatud eesmärkide järgi tuleks 2020. aastaks hinna vähendamisel jõuda alla ühe dollari vati kohta, see ei kehti ainult üksikute päikesepaneelide, vaid ka päikesepaneelide süsteemide kohta.

Green usub, et päikeseenergiatööstus jõuab selle tähiseni juba varem. Juhul, kui see tõeks saab, langeb päikeseenergia otsene maksumus kuue sendini kilovatt-tunni kohta, mis võiks analüütikute hinnangul olla keskmiselt odavam kui uute maagaasil töötavate jaamade poolt pakutav energia.

Kõik päikesepaneelide tööstuse osapooled otsivad viise, kuidas vähendada kulusid ning suurendada energia tootmisel päikesepaneelide efektiivsust ning see ongi viinud pideva kulude vähenemiseni.

Green toob ühe lihtsa näitena tehnoloogia odavnemisest välja paneelidel asuvate juhtmete sõeltrükkimise. Greeni labor ehitas 1990ndatel siiani efektiivsusrekordit hoidva päikeseelemendi. Selleks, et selle rekordini küündida, pidi teadlane kasutama kalleid litograafiavõtteid, et luua peenikesi päikeseelemendist voolu koguvaid juhtmeid. Järkjärgulised uuendused selles vallas on võimaldanud hakata sõeltrüki abil tootma veelgi peenikesemaid – kuni 30 mikromeetrise laiusega juhtmeid, mis on Greeni kasutatud tehnoloogialahenduste maksumusest tunduvalt odavam.

Greeni sõnul muudab see ja ka mitmed muud tehnoloogiauuendused tema rekordilise efektiivsusega päikeseelemendi tööstusliku tootmise odavaks ja praktiliseks. Mõned ettevõtted on loonud ka vastavad tootmistehnikad esiküljel asuvate metallist kontaktide jaoks.Paneeli tagaküljel asuvate kontaktide jaoks selle disaini rakendamine on keerulisem, kuid tema hinnangul on see järgmine asi, millega välja tullakse.

Samal ajal on USA riikliku taastuvenergia laboratooriumi teadlased loonud painduvad päikeseelemendid, kasutades Corningi uut tüüpi õhukest kokkurullitavat klaasi nimega Willow Glass. Corning on laiemalt tuntud nutiseadmete kaitseklaaside tootjana, ettevõtte Gorilla Glass ja Gorilla Glass 2 klaasi kasutavad oma seadmetes teiste hulgas Apple, Samsung, HTC, LG ja Huawei. USA riikliku taastuvenergia laboratooriumi teadlaste poolt loodud kaadmium-telluriit päikeseelement on masstootmise kontekstis traditsioonilisele ränielemendile hetkel ainukeseks konkurendiks. Praegu toodetakse selliseid elemente sarnaselt ränipõhistele päikeseelementidele partiidena, kuid võimalus toota neid painduval klaasilehel loob võimaluse pidevaks ajalehetrükile sarnaseks tootmiseks, mis võiks tootmist suurendades vähendada maksumust ühe vati kohta.

Üks Greeni kunagisi õpilasi ja kolleege, China Sunergy kaasasutaja Jianhua Zhao teatas sel nädalal, et on loomas kahepoolse päikeseelemendi tootmisliini prototüüpi.

Kuigi valgust nii esi-kui ka tagaküljelt haarava kahepoolse päikeseelemendi idee, mille kohaselt kasutatakse ära ka päikese liikumise tõttu elektrijaamas päikesepaneelide ridade vahel kaotsi minev valgus, pole uus, tõotab see jällegi suuremat päikeseenergia jaama suuremat efektiivsust. Eriti hästi toimib see süsteem juhul, kui päiksepaneelid on ehitatud liivale, kuna liiv on kõrge peegelduvusega.  Seal kus ühepoolne päikesepaneel suudaks toota vaid 340 vatti, võib kahepoolne paneel tõsta tootlikkust 400 vatini. Zhao loodab, et kahepoolsed paneelid suudavad aasta jooksul toota 10-20 protsenti rohkem energiat. Selleks, et üks pool paneelist koguks hommikust päikesevalgust ning teine pool pärastlõuna päikest, tuleks paneelid ilmselt püstitada vertikaalse aiana. See aga omakorda lubaks päikesepaneele üles seada väga piiratud pindalaga aladele – näiteks kiirteede helibarjääridele.

Samuti võiks selline paigaldus olla väärtuslik tolmustel aladel. Paljud Lähis-Ida alad tunduvad päikesepaneelidele suure päikesevalguse tõttu head asukohad, kuid sagedased liivatormid vähendavad tunduvalt jaamade energiatootlikkust. Vertikaalsed paneelid ei koguks enda peale nii palju tolmu, mistõttu oleks nende süsteemide kasutuselevõtt senisest ökonoomsem.

Pikemas perspektiivis panustab Green siiski ränile, lootes kasu lõigata tehnoloogia odvnemisest. Ta loodab suurendada ränipõhiste päikesepaneelide efektiivsust, kombineerides räni ühe-kahe teise pooljuhiga, millest iga pooljuht suudab efektiivselt muundada  sellist päikesespektrumi osa, mida räni nii efektiivselt muundada ei suuda.

Lisades ühe pooljuhi, võiks päikesepaneelide efektiivsus tõusta 20-25 protsendilt 40 protsendini; teise pooljuhi lisamine võib selle tõsta 50 protsendini, mis vähendaks sama elektrikoguse tootmiseks vajalike päikesepaneelide hulka poole võrra. Suurim väljakutse on luua pooljuhtide vahele head ühendused, seda raskendab räniaatomite paigutus ränikristallis.