Undersøgelse:Selv kortlivede solpaneler kan være økonomisk rentable

En ny undersøgelse viser, at i modsætning til udbredt tro inden for solenergiindustrien, nye slags solceller og paneler behøver ikke nødvendigvis at holde i 25 til 30 år for at være økonomisk levedygtige på dagens marked.

Hellere, solpaneler med en indledende levetid på så lidt som 10 år kan nogle gange give økonomisk mening, selv for installationer i netskala - hvilket potentielt åbner døren til lovende nye solcelleteknologier, der er blevet anset for at være utilstrækkeligt holdbare til udbredt brug.

De nye resultater er beskrevet i en artikel i tidsskriftet Joule , af Joel Jean, en tidligere MIT postdoc og administrerende direktør for opstartsvirksomheden Swift Solar; Vladimir Bulovic, professor i elektroteknik og datalogi og direktør for MIT.nano; og Michael Woodhouse fra National Renewable Energy Laboratory (NREL) i Colorado.

"Når du taler med mennesker i solfeltet, de siger, at ethvert nyt solpanel skal holde i 25 år, " siger Jean. "Hvis nogen kommer med en ny teknologi med en 10-årig levetid, ingen vil se på det. Det betragtes som almindelig viden på området, og det er en slags lammende."

Jean tilføjer, at "det er en kæmpe barriere, fordi du ikke kan bevise en 25-årig levetid på et år eller to, eller endda 10." Den formodning, han siger, har efterladt mange lovende nye teknologier fast på sidelinjen, da konventionelle krystallinske siliciumteknologier overvældende dominerer det kommercielle solcellemarked. Men, fandt forskerne, det behøver ikke at være tilfældet.

"Vi skal huske, at i sidste ende, hvad folk bekymrer sig om, ikke er panelets omkostninger; det er de udlignede omkostninger ved elektricitet, " siger han. Med andre ord, det er de faktiske omkostninger pr. kilowattime leveret i systemets levetid, inklusive omkostningerne til panelerne, invertere, reoler, ledninger, jord, installationsarbejde, tillader, netforbindelse, og andre systemkomponenter, samt løbende vedligeholdelsesomkostninger.

En del af grunden til, at økonomien i solindustrien ser anderledes ud i dag end tidligere, er, at omkostningerne ved panelerne (også kendt som moduler) er styrtdykket så langt, at nu, "balance af system" omkostningerne - dvs. alt undtagen selve panelerne - overstiger panelernes. Det betyder, at så længe nyere solpaneler er elektrisk og fysisk kompatible med reoler og elektriske systemer, det kan give økonomisk mening at udskifte panelerne med nyere, bedre efterhånden som de bliver tilgængelige, mens du genbruger resten af ​​systemet.

"Det meste af teknologien er i panelet, men det meste af omkostningerne ligger i systemet, "Siger Jean." I stedet for at have et system, hvor du installerer det og derefter udskifter alt efter 30 år, hvad hvis du udskifter panelerne tidligere og lader alt andet være det samme? En af grundene til, at det kan fungere økonomisk, er, hvis du udskifter dem med mere effektive paneler, "hvilket sandsynligvis vil være tilfældet, da en lang række mere effektive og billigere teknologier bliver udforsket rundt om i verden.

Han siger, at hvad teamet fandt i deres analyse er, at "med nogle forbehold om finansiering, du kan, i teorien, få en konkurrencedygtig pris, fordi dine nye paneler bliver bedre, med en levetid så kort som 15 eller endda 10 år."

Selvom omkostningerne til solceller er faldet år for år, Bulovic siger, "Forventningen om, at man skulle demonstrere en 25-årig levetid for enhver ny solpanelteknologi, er forblevet som en tautologi. I denne undersøgelse viser vi, at efterhånden som solpanelerne bliver billigere og mere effektive, omkostningsbalancen ændrer sig markant."

Han siger, at et formål med det nye papir er at advare forskerne om, at deres nye solopfindelser kan være omkostningseffektive, selvom de har en relativt kort levetid. og kan derfor blive vedtaget og implementeret hurtigere end forventet. På samme tid, han siger, investorer bør vide, at de har større fortjeneste ved at vælge effektive solteknologier, der måske ikke har vist sig at vare så længe, vel vidende, at panelerne med jævne mellemrum kan udskiftes med nyere, mere effektive.

"Historiske tendenser viser, at solpanelteknologi bliver ved med at blive mere effektiv år efter år, og disse forbedringer vil helt sikkert fortsætte i de kommende år, "siger Bulovic. Perovskit-baserede solceller, for eksempel, da den først blev udviklet for mindre end ti år siden, havde virkningsgrader på kun få procent. Men for nylig oversteg deres rekordpræstationer 25 procent effektivitet, sammenlignet med 27 procent for rekord siliciumcellen og cirka 20 procent for dagens standard silicium moduler, ifølge Bulovic. Vigtigere, i nye apparatdesigner, en perovskit solcelle kan stables oven på en anden perovskit, silicium, eller tyndfilmscelle at hæve den maksimalt opnåelige effektivitetsgrænse til over 40 procent, hvilket er et godt stykke over de 30 procent grundlæggende grænse for nutidens silicium solar teknologier. Men perovskiter har problemer med levetiden på driften og har endnu ikke vist sig at kunne komme tæt på at opfylde 25-års standarden.

Bulovic håber, at undersøgelsen vil "skifte paradigmet for, hvad der er blevet accepteret som en global sandhed." Indtil nu, han siger, "mange lovende teknologier kom aldrig engang i gang, fordi barren er sat for højt" på behovet for holdbarhed.

Til deres analyse, holdet så på tre forskellige slags solcelleanlæg:et typisk 6-kilowatt boligsystem, et kommercielt system på 200 kilowatt, og et stort 100 megawatt forsyningsskalasystem med solsporing. De brugte NREL benchmark-parametre for amerikanske solsystemer og en række antagelser om fremtidige fremskridt inden for solteknologiudvikling, finansiering, og bortskaffelse af de første paneler efter udskiftning, herunder genanvendelse af de brugte moduler. Modellerne blev valideret ved hjælp af fire uafhængige værktøjer til beregning af de udjævnede omkostninger ved elektricitet (LCOE), en standardmåling til at sammenligne den økonomiske levedygtighed af forskellige elektricitetskilder.

I alle tre installationstyper, de fandt, afhængigt af de lokale forhold, udskiftning med nye moduler efter 10 til 15 år kan i mange tilfælde give økonomiske fordele, samtidig med at de mange miljø- og emissionsreducerende fordele ved solenergi bevares. Det grundlæggende krav til omkostningskonkurrenceevne er, at enhver ny solcelleteknologi, der skal installeres i USA, skal starte med en moduleffektivitet på mindst 20 procent, en pris på højst 30 cent pr. watt, og en levetid på mindst 10 år, med potentiale til at forbedre på alle tre.

Jean påpeger, at de solteknologier, der betragtes som standard i dag, hovedsagelig siliciumbaserede, men også tynde filmvarianter, såsom cadmiumtellurid, "var ikke særlig stabile i de første år. Grunden til at de holder 25 til 30 år i dag er, at de er blevet udviklet i mange årtier." Den nye analyse åbner nu muligvis døren for, at nogle af de lovende nyere teknologier kan implementeres i tilstrækkelig omfang til at opbygge lignende erfarings- og forbedringsniveauer over tid og påvirke klimaændringerne tidligere, end de kunne uden moduludskiftning, han siger.

"Dette kunne sætte os i stand til at lancere ideer, der ville være døde på vinstokken" på grund af opfattelsen af, at længere levetid var afgørende, Siger Bulovic.