Hầu hết các tấm pin mặt trời bao phủ các mái nhà, cánh đồng và sa mạc trên thế giới ngày nay đều có chung một thành phần: silicon tinh thể.Vật liệu này được làm từ polysilicon thô, được tạo hình thành các tấm mỏng và được nối với các tế bào năng lượng mặt trời, các thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng.Gần đây, sự phụ thuộc của ngành công nghiệp vào công nghệ độc nhất này đã trở thành một trách nhiệm pháp lý.Nút thắt chuỗi cung ứngđang chậm lạicài đặt năng lượng mặt trời mới trên toàn thế giới.Các nhà cung cấp polysilicon chính ở khu vực Tân Cương của Trung Quốc —bị buộc tội sử dụng lao động cưỡng bức từ người Duy Ngô Nhĩ- đang phải đối mặt với lệnh trừng phạt thương mại của Hoa Kỳ.
May mắn thay, silicon tinh thể không phải là vật liệu duy nhất có thể giúp khai thác năng lượng mặt trời.Tại Hoa Kỳ, các nhà khoa học và nhà sản xuất đang nỗ lực mở rộng sản xuất công nghệ năng lượng mặt trời cadmium Telluride.Cadmium Telluride là một loại pin mặt trời “màng mỏng”, và đúng như tên gọi, nó mỏng hơn nhiều so với pin silicon truyền thống.Ngày nay, các tấm pin sử dụng cadmium Telluridecung cấp khoảng 40 phần trămcủa thị trường quy mô tiện ích Hoa Kỳ và khoảng 5% thị trường năng lượng mặt trời toàn cầu.Và họ sẽ được hưởng lợi từ những cơn gió ngược phải đối mặt với ngành năng lượng mặt trời rộng lớn hơn.
Kelsey Goss, nhà phân tích nghiên cứu năng lượng mặt trời của nhóm tư vấn năng lượng Wood Mackenzie cho biết: “Đây là thời điểm rất biến động, đặc biệt là đối với chuỗi cung ứng silicon kết tinh nói chung.“Có tiềm năng lớn cho các nhà sản xuất cadmium Telluride để chiếm thêm thị phần trong năm tới.”Đặc biệt, cô lưu ý, vì lĩnh vực cadmium Telluride đã được mở rộng.
Vào tháng 6, nhà sản xuất năng lượng mặt trời First Solar cho biết họ sẽđầu tư 680 triệu USDtrong một nhà máy năng lượng mặt trời cadmium Telluride thứ ba ở tây bắc Ohio.Khi cơ sở này hoàn thành, vào năm 2025, công ty sẽ có thể sản xuất các tấm pin mặt trời trị giá 6 gigawatt trong khu vực.Điều đó đủ để cung cấp năng lượng cho khoảng 1 triệu ngôi nhà ở Mỹ.Một công ty năng lượng mặt trời khác có trụ sở tại Ohio, Toledo Solar, gần đây đã tham gia thị trường và đang sản xuất các tấm cadmium Telluride cho các mái nhà dân cư.Và vào tháng 6, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, hay NREL,tung ra một chương trình trị giá 20 triệu đô lađể đẩy nhanh nghiên cứu và phát triển chuỗi cung ứng cho cadmium Telluride.Một trong những mục tiêu của chương trình là giúp bảo vệ thị trường năng lượng mặt trời của Hoa Kỳ khỏi những hạn chế về nguồn cung toàn cầu.
Các nhà nghiên cứu tại NREL và First Solar, trước đây gọi là Solar Cell Inc., đã làm việc cùng nhau từ đầu những năm 1990 để phát triểncông nghệ cadmium Telluride.Cadmium và Telluride lần lượt là sản phẩm phụ của quá trình nấu chảy quặng kẽm và luyện đồng.Trong khi các tấm silicon mỏng được nối với nhau để tạo ra các tế bào, cadmium và Telluride được phủ dưới dạng một lớp mỏng — khoảng một phần mười đường kính của sợi tóc người — lên một ô kính, cùng với các vật liệu dẫn điện khác.First Solar, hiện là nhà sản xuất màng mỏng lớn nhất thế giới, đã cung cấp các tấm pin để lắp đặt năng lượng mặt trời ở 45 quốc gia.
Nhà khoa học Lorelle Mansfield của NREL cho biết công nghệ này có những ưu điểm nhất định so với silicon tinh thể.Ví dụ, quy trình màng mỏng yêu cầu ít vật liệu hơn so với phương pháp dựa trên tấm wafer.Công nghệ màng mỏng cũng rất phù hợp để sử dụng trong các tấm linh hoạt, chẳng hạn như tấm che ba lô hoặc máy bay không người lái hoặc được tích hợp vào mặt tiền và cửa sổ của tòa nhà.Điều quan trọng là các tấm màng mỏng hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ nóng, trong khi các tấm silicon có thể quá nóng và trở nên kém hiệu quả hơn trong việc tạo ra điện, cô nói.
Nhưng silicon tinh thể chiếm ưu thế trong các lĩnh vực khác, chẳng hạn như hiệu suất trung bình của chúng - nghĩa là tỷ lệ phần trăm ánh sáng mặt trời mà các tấm pin hấp thụ và chuyển đổi thành điện năng.Trong lịch sử, các tấm silicon có hiệu suất cao hơn so với công nghệ cadmium Telluride, mặc dù khoảng cách đang được thu hẹp. Các tấm silicon được sản xuất công nghiệp ngày nay có thể đạt được hiệu suất bằng18 đến 22 phần trăm, trong khi First Solar đã báo cáo hiệu suất trung bình là 18 phần trăm cho các tấm pin thương mại mới nhất của mình.
Tuy nhiên, lý do chính khiến silicon thống trị thị trường toàn cầu là tương đối đơn giản.“Tất cả đều bắt nguồn từ chi phí,” Goss nói.“Thị trường năng lượng mặt trời có xu hướng được thúc đẩy mạnh mẽ bởi công nghệ rẻ nhất.”
Cô cho biết, silicon tinh thể có giá khoảng 0,24 đến 0,25 đô la để sản xuất mỗi watt năng lượng mặt trời, thấp hơn so với các ứng cử viên khác.First Solar cho biết họ không còn báo cáo chi phí cho mỗi watt để sản xuất các tấm cadmium Telluride của mình nữa, chỉ biết rằng chi phí đã “giảm đáng kể” kể từ năm 2015 — khi công tychi phí được báo cáo là 0,46 đô la mỗi watt- và tiếp tục giảm hàng năm.Có một vài lý do giải thích cho sự rẻ tiền tương đối của silicon.Polysilicon nguyên liệu thô, cũng được sử dụng trong máy tính và điện thoại thông minh, phổ biến rộng rãi hơn và rẻ hơn nguồn cung cấp cadmium và Telluride.Khi các nhà máy sản xuất tấm silicon và các bộ phận liên quan đã mở rộng quy mô, tổng chi phí chế tạo và lắp đặt công nghệ đã giảm xuống.Chính phủ Trung Quốc cũng đã mạnh tayđược hỗ trợ và trợ cấplĩnh vực năng lượng mặt trời silicon của đất nước - nhiều đến mứckhoảng 80 phần trămcủa chuỗi cung ứng sản xuất năng lượng mặt trời của thế giới hiện chạy qua Trung Quốc.
Chi phí bảng điều khiển giảm đã thúc đẩy sự bùng nổ năng lượng mặt trời toàn cầu.Trong thập kỷ qua, tổng công suất năng lượng mặt trời được lắp đặt trên thế giới đã tăng gần gấp 10 lần, từ khoảng 74.000 MW năm 2011 lên gần 714.000 MW vào năm 2020.dựa theoCơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế.Hoa Kỳ chiếm khoảng một phần bảy tổng số thế giới và năng lượng mặt trời hiện đangmột trong những nguồn lớn nhấtcông suất điện mới được lắp đặt ở Mỹ hàng năm.
Chi phí trên mỗi watt của cadmium Telluride và các công nghệ màng mỏng khác cũng được dự kiến sẽ giảm tương tự khi quy mô sản xuất được mở rộng.(Mặt trời đầu tiên nóirằng khi cơ sở mới ở Ohio của họ mở ra, công ty sẽ cung cấp chi phí mỗi watt thấp nhất trên toàn bộ thị trường năng lượng mặt trời.) Nhưng chi phí không phải là thước đo quan trọng duy nhất, vì các vấn đề về chuỗi cung ứng hiện tại của ngành và mối quan tâm về lao động đã rõ ràng.
Mark Widmar, Giám đốc điều hành của First Solar, cho biết kế hoạch mở rộng trị giá 680 triệu đô la của công ty là một phần trong nỗ lực lớn hơn nhằm xây dựng chuỗi cung ứng tự túc và “tách rời” ngành năng lượng mặt trời của Hoa Kỳ khỏi Trung Quốc.Mặc dù các tấm cadmium Telluride không sử dụng bất kỳ polysilicon nào, nhưng First Solar đã cảm nhận được những thách thức khác mà ngành phải đối mặt, chẳng hạn như tồn đọng do đại dịch gây ra trong ngành vận tải biển.Vào tháng 4, First Solar nói với các nhà đầu tư rằng tình trạng tắc nghẽn tại các cảng của Mỹ đã cản trở các lô hàng tấm pin từ các cơ sở của họ ở châu Á.Widmar cho biết việc tăng cường sản xuất tại Mỹ sẽ cho phép công ty sử dụng đường bộ và đường sắt để vận chuyển các tấm pin của mình chứ không phải tàu chở hàng.Và chương trình tái chế hiện có của công ty đối với các tấm pin mặt trời cho phép công ty tái sử dụng vật liệu nhiều lần, tiếp tục giảm sự phụ thuộc vào chuỗi cung ứng và nguyên liệu thô nước ngoài.
Khi First Solar sản xuất các tấm pin, các nhà khoa học ở cả công ty và NREL tiếp tục thử nghiệm và cải tiến công nghệ cadmium Telluride.Năm 2019, các đối tácphát triển một cách tiếp cận mớiliên quan đến việc “pha tạp” các vật liệu màng mỏng bằng đồng và clo để đạt được hiệu quả cao hơn nữa.Đầu tháng này, NRELcông bố kết quảcủa một thử nghiệm thực địa kéo dài 25 năm tại cơ sở ngoài trời của nó ở Golden, Colorado.Một dãy 12 tấm cadmium Telluride đang hoạt động với 88% hiệu suất ban đầu, một kết quả tuyệt vời đối với một tấm pin đã tồn tại hơn hai thập kỷ.Theo thông cáo của NREL, sự xuống cấp “phù hợp với những gì hệ thống silicon làm”.
Mansfield, nhà khoa học của NREL, cho biết mục tiêu không phải là thay thế silicon tinh thể bằng cadmium Telluride hoặc thiết lập một công nghệ vượt trội so với công nghệ kia.“Tôi nghĩ rằng có một nơi dành cho tất cả chúng trên thị trường, và chúng đều có ứng dụng của mình,” cô nói.“Chúng tôi muốn tất cả năng lượng được chuyển đến các nguồn tái tạo, vì vậy chúng tôi thực sự cần tất cả các loại công nghệ khác nhau này để đáp ứng thách thức đó.”
Thời gian đăng: 17-09-2021