Analyse viser, hvornår og hvor avanceret fotovoltaik ville være økonomisk at installere

Hvilket er en bedre aftale:en etableret, off-the-shelf type solpanel eller en banebrydende type, der leverer mere strøm til et givet område, men koster mere?

Det viser sig, at det langt fra er et simpelt spørgsmål, men et team af forskere på MIT og andre steder er kommet med en måde at finde ud af den bedste mulighed for en given placering og type installation. Konklusionen er, at for husholdningsstørrelsestage systemer på relativt tørre steder, de mere effektive, men mere dyre paneler ville være bedre, men for installationer i netskala eller for dem i vådere klimaer, den etablerede, mindre effektive, men billigere paneler er bedre.

Omkostningerne ved solceller fortsætter med at styrte ned, mens omkostningerne ved installation og det tilhørende udstyr forbliver relativt konstante. Så, at finde ud af de afvejninger, der er involveret i planlægningen af ​​en ny installation, er blevet mere kompliceret. Men den nye undersøgelse giver en klar måde at estimere den bedste teknologi til et givet projekt, siger forfatterne.

Resultaterne er rapporteret i dag i journalen Naturenergi , i et oplæg af MIT -kandidatstuderende Sarah Sofia, lektor i maskinteknik Tonio Buonassisi, forsker I. Marius Peters, og tre andre på MIT og på First Solar og Siva Power, solvirksomheder i Californien.

Undersøgelsen sammenlignede to grundlæggende sorter af solceller:standarddesign, der bruger en enkelt type fotovoltaisk materiale, og avancerede designs, der kombinerer to forskellige typer (kaldet tandemceller) for at fange mere af energien i sollys. For tandemcellerne, forskerne sammenlignede også forskellige sorter:dem, hvor hver af de to celler er forbundet i serie, kaldes to-junction tandem celler, og dem, hvor hver celle er separat kablet, kaldes fire-junction tandem celler.

I stedet for bare at se på mængden af ​​strøm, hver slags kan levere, teamet analyserede alle de tilknyttede installations- og driftsomkostninger over tid, at producere en måling kaldet den eliminerede omkostning ved elektricitet (LCOE), en foranstaltning, der inkorporerer alle omkostninger og indtægter i løbet af systemets levetid.

"Standard single-junction celler har en maksimal effektivitetsgrænse på omkring 30 procent, "Sofia forklarer, der henviser til, at "tandemceller, ved hjælp af to materialer, kan have meget højere effektivitet, over 40 procent. "Men selvom højere effektivitet naturligvis principielt er en fordel, "når du laver en tandem, du har dybest set to solceller i stedet for en, så det er dyrere at fremstille. Så, vi ville se om det er det værd, " hun siger.

Til deres analyse, holdet kiggede på tre typer miljø - tørre (Arizona), tempereret (South Dakota), og fugtigt (Florida) - fordi mængden af ​​vanddamp i luften kan påvirke, hvor meget sollys der når solcellen. På hver af disse steder, de sammenlignede standard to slags enkeltkrydsende solceller (cadmiumtellurid, eller CdTe, og kobber-indium-gallium-selenid, eller CIGS) med to forskellige typer tandemceller, to-kryds eller fire-kryds. Dermed, i alt fire forskellige teknologier blev undersøgt i hvert miljø. Ud over, de undersøgte, hvordan installationernes samlede LCOE ville blive påvirket, afhængigt af om de samlede energipriser forbliver konstante eller falder over tid, som mange analytikere forventer.

Resultaterne var noget overraskende. "Til boligsystemer, vi viste, at det fire-terminale tandemsystem [den mest effektive tilgængelige solcelle] var den bedste løsning, uanset placering, "Siger Sofia. Men for installationer i brugskala, cellen med de laveste produktionsomkostninger er den bedste deal, fandt forskerne.

De nye fund kan være betydningsfulde for dem, der planlægger nye solcelleanlæg, Siger Sofia. "For mig, at vise, at en fireterminal tandemcelle havde en klar mulighed for at lykkes, var ikke indlysende. Det viser virkelig vigtigheden af ​​at have et højt energiudbytte i et boligsystem. "

Men fordi nytte-skala systemer kan sprede omkostningerne ved installationen og kontrolsystemerne over mange flere paneler, og fordi rummet har en tendens til at være mindre begrænset i sådanne installationer, "vi så aldrig en mulighed" for de dyrere, effektive celler i sådanne indstillinger. I store arrays, "fordi installationsomkostningerne er så billige, de vil bare have de billigste celler [pr. watt effekt], " hun siger.

Undersøgelsen kan hjælpe med at guide forskningsprioriteter inden for solteknologi, Siger Sofia. "Der har været meget arbejde på dette område, uden at spørge dette først [om økonomien faktisk ville give mening]. Vi burde stille spørgsmålet, før vi udfører alt arbejdet. ... Jeg håber, at dette kan tjene som en vejledning til, hvor forskningsindsatsen bør fokuseres, " hun siger.

Den metode, som teamet udviklede til at foretage sammenligningerne, burde kunne anvendes på mange andre sammenligninger af solteknologier, ikke kun de specifikke typer valgt til denne undersøgelse, Siger Sofia. "For tyndfilmsteknologier, dette er generaliserbart, " hun siger.

Fordi de materialer, de studerede til den fire-terminale sag, allerede er kommercialiseret, Sofia siger, "hvis der var et selskab, der havde en interesse, "praktisk, overkommelige tandemsystemer med fire krydser til boligapplikationer kan potentielt bringes på markedet ganske hurtigt.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.