비용 절감 박막 태양 광 태양 광 기술은 미국 제조업체 인 First Solar의 최근 효율성 혁신 덕분에 르네상스 시대를 경험할 수있었습니다. First Solar, Inc.의 사진 제공
성장 홀 (Growth Hall)이라고 알려진 비밀 방에서 매사추세츠 베드 포드에있는 거대한 단일 층 사무실 건물 안에 태양 에너지의 미래는 2,500 ° F 이상에서 요리되고 있습니다. 밀폐 된 문과 아래로 내려가는 블라인드 뒤에 "Fearless"와 "Intrepid"와 같은 야심 찬 이름을 가진 주문형 오븐은 오늘날의 태양 전지 패널의 주력 인 실리콘 웨이퍼 제조의 새로운 기술을 완성하는 데 도움이됩니다. 모든 것이 잘 진행된다면,이 새로운 방법은 향후 몇 년 안에 20 % 이상의 태양열 비용을 절감 할 수 있습니다.
"이 겸손한 웨이퍼는 석탄처럼 싸게 태양을 허용하고 우리가 에너지를 소비하는 방식을 크게 바꿀 것입니다"라고 Frank van Mierlo CEO는 말합니다. 1366 Technologies, 웨이퍼 제조의 새로운 방법 뒤에 회사.
비밀실이든 아니든, 이들은 재생 가능 에너지의 세계에서 흥미로운시기입니다. 기술 발전과 10 년간의 생산량 증가로 인해 태양 광 및 풍력과 같은 재생 가능 에너지 원이 화석 연료를 연소하여 얻은 전기 비용과 동일한 그리드 패리티가 빠르게 다가오고 있습니다. 어떤 경우에는 이미 달성되었고, 날개에서 기다리고있는 추가적인 혁신은 비용 절감을위한 더 큰 약속을 지키고 재생 에너지에 대한 완전히 새로운 시대를 열었습니다.
솔라 서프라이즈
1 월 2015, 사우디 아라비아 회사 ACWA 전원 두바이에 200-megawatt 태양 광 발전소를 건설하여 전기를 생산할 수있는 입찰가를 얻었을 때 놀랄만 한 업계 분석가 1 킬로와트 - 시간당 6 센트. 가격은 천연 가스 나 석탄 발전소의 전기 비용보다 적 었으며, 이는 태양 광 설비의 경우 처음이었다. 미국 에너지 정보 청 (Energy Information Agency)에 따르면 새로운 천연 가스 및 석탄 발전소의 전력은 각각 킬로와트시당 6.4 센트와 9.6 센트를 소비 할 것이라고한다.
햇빛의 높은 비율을 에너지로 변환 할 수있는 광전지를 포함한 기술 발전으로 인해 태양 전지 패널이보다 효율적으로 발전했습니다. 동시에 규모의 경제로 인해 비용이 절감되었습니다.
초기 2000의 상당 부분에서 태양열 패널이나 모듈의 가격은 와트 당 $ 4 정도였다. 당시 세계 유수의 광전지 연구원 중 한 명인 Martin Green은 실리콘 웨이퍼 제작에 사용 된 다결정 실리콘 잉곳, 모듈 외부의 보호 유리 및 모듈 배선에 사용 된은을 포함하여 모든 구성 요소의 비용을 계산했습니다 . Green은 결정질 실리콘을 태양 광 발전에 의존하는 한 가격이 결코 1 / 와트 이하로 떨어지지 않을 것이라고 유명합니다.
"여기에 효율 이득의 10 분의 1이 있으며, 태양열을 매우 경쟁력있게하기 위해 추가 된 비용 절감이 있습니다."- Mark Barineau 미래의 Green과 그 밖의 거의 모든 사람들은 박막, 태양 광 모듈 이는 원자재 중 일부가 필요한 실리콘 이외의 재료에 의존했다.
그런 다음, 2007에서 2014로 결정 실리콘 모듈의 가격 와트 당 $ 4에서 와트 당 $ 0.50로 떨어졌습니다.모두 박막 필름 개발을 끝내고있다.
비용의 극적인 감소는 다양한 증분 이득에서 비롯된 것이라고 태양 광 애널리스트 인 Mark Barineau는 설명합니다. 럭스 리서치. 요소에는 다결정 실리콘 제조를위한 새롭고 저렴한 공정이 포함됩니다. 보다 얇은 실리콘 웨이퍼; 더 적은 햇빛을 차단하고은을 덜 사용하는 모듈 전면에있는 더 얇은 전선; 유리 대신 저가의 플라스틱; 제조 자동화가 향상되었습니다.
"여기에 효율을 얻는 데 10 분의 1의 효율이 있으며 비용을 줄이면 태양열을 매우 경쟁력있게 만들 수 있습니다."Barineau의 말이다.
와트 당 25 센트
"$ 1 [와트] 이하로 얻는 것이 나의 기대를 뛰어 넘었습니다."라고 Green은 말합니다. "하지만 지금은 더 낮아질 수 있다고 생각합니다."
1366의 새로운 웨이퍼 제조 방법이 그 중 하나입니다. 오늘날의 태양열 패널 뒤에있는 실리콘 웨이퍼는 다결정 실리콘의 대형 잉곳에서 절단됩니다. 이 과정은 매우 비효율적이어서 초기 잉곳의 절반 정도가 톱밥에 들어갑니다. 1366는 특수 제작 된 오븐에서 실리콘을 녹인 후 웨이퍼 당 비용의 절반이나 박막 실리콘 모듈의 전체 비용에서 20 퍼센트 감소를 위해 얇은 웨이퍼로 다시 채우기 위해 다른 접근 방식을 취합니다. 1366은 2016에서 양산을 시작하기를 희망한다고 van Mierlo는 말합니다.
한편, 태양력의 미래로 여겨 졌던 박막은 저가의 결정질 실리콘에 의해 파쇄되어 르네상스를 경험할 수 있습니다. 최근 두바이의 태양 광 발전에 대한 저렴한 가격의 입찰가는 미국 제조업체가 제조 한 박막 카드뮴 텔루 라이드 태양 전지 모듈을 이용합니다 먼저 태양 광. 이 회사는 대다수의 박막 회사들이 접힌 상태에서 매달려있을뿐 아니라 생산 규모를 확장하면서 태양 전지의 효율성을 높임으로써 일관되게 가장 비싼 모듈을 생산했습니다. 이 회사는 현재 태양 전지 모듈을 제조 할 수 있다고 말한다. 와트 당 40 센트 미만 향후 몇 년간 더 많은 가격 인하를 기대하고 있습니다.
10 년 후 우리는 태양열 모듈의 비용이 와트 당 25 센트, 또는 현재 비용의 약 절반으로 떨어지는 것을 쉽게 볼 수 있다고 Green은 말합니다. 그 이상으로 비용을 줄이려면 햇빛이 전기로 전환되는 효율이 크게 높아야합니다. 거기에 도달하려면 태양 광을 더 넓은 범위의 전기로 변환하기 위해 기존의 태양 전지 위에 다른 반도체 재료를 쌓아야합니다.
"실리콘 웨이퍼 위에 무언가를 쌓을 수 있다면 매우 탁월 할 것입니다."라고 Green은 말합니다.
Green과 동료들은 오늘날에도 여전히 보유하고있는 22.9의 1996 퍼센트에서 결정질 실리콘 태양 전지 모듈 효율에 대한 기록을 세웠다. 그린은 결정질 실리콘의 효율 만이 훨씬 더 높아질 것이라고 의심하고 있습니다. 그러나 셀 스태킹을 통해 그는 "하늘이 한계 다"고 말했다.
크기의 문제
태양력은 그리드 패리티에 도달하기 시작했지만 풍력 에너지는 이미 존재합니다. 2014에서 육상 풍력 에너지의 전 세계 평균 가격은 천연 가스의 전기와 같았으며, 블룸버그에 따르면 새로운 에너지 금융.
태양열과 마찬가지로, 신용은 기술 발전과 물량 증가로 이어집니다. 그러나 바람 때문에 혁신은 주로 크기 문제였습니다. 1981부터 2015까지 풍력 터빈 로터 블레이드의 평균 길이 6 배 이상 증가했다., 9 미터에서 60 미터까지, 풍력 에너지 비용으로 10 배율로 떨어졌다..
"로터 크기를 늘리면 더 많은 에너지를 포착 할 수 있으며 이는 풍력 에너지 비용을 줄이는 데있어 가장 많이 수입하는 운전자입니다"라고 D. Todd Griffith는 말합니다. 샌디 아 국립 연구소 뉴 멕시코 주 앨버 커키에있다.
그리피스 (Griffith)는 최근 Sandia에서 100 미터 길이의 여러 프로토 타입 블레이드를 건설 및 테스트하는 작업을 감독했습니다. 프로젝트가 2009에서 시작되었을 때 상업 운영에서 가장 큰 블레이드는 60 미터였습니다. Griffith와 그의 동료들은 디자인과 재료의 한계에 부딪 치기 전에 계속 증가하는 블레이드의 추세를 얼마나 멀리 밀어 낼 수 있는지보고 싶어했습니다.
D. Todd Griffith이 첫 프로토 타입은 당시에 비교적 작은 상용 블레이드에서 발견 된 것과 비슷한 디자인과 재료를 사용하는 모든 유리 섬유 블레이드였습니다. 그 결과 100-ton 블레이드는 너무 무겁고 가늘고 길어 강풍과 중력 변형에서 진동에 취약했습니다.
이 그룹은 더 강하고 가벼운 탄소 섬유를 사용하는 2 개의 후속 프로토 타입을 만들었으며 날카로운 모서리가 아닌 납작한 모양의 블레이드 모양을 만들었습니다. 그 결과 100 미터 블레이드는 초기 프로토 타입보다 60 가벼웠습니다
프로젝트가 2009에서 시작된 이래 상업용 해상 풍력 터빈에 사용 된 가장 큰 블레이드는 현재 60 미터에서부터 80 미터까지 커져서 현재 상업용 프로토 타입이 개발 중에 있습니다. "100 계량기 블레이드를 완전히 볼 것으로 기대합니다."라고 Griffith는 말합니다.
블레이드가 길어지면 높이 올리는 탑이 점점 더 일관되고 고속의 바람을 잡기 위해 점점 커지고 있습니다. 타워가 점점 커지면서 운송비도 점점 더 비싸게 증가하고 있습니다. 증가 된 비용에 대응하기 위해 GE 최근 직물에 싸인 강철 격자 탑인 "공간 프레임"타워가 데뷔했다. 새로운 타워는 동일한 높이의 기존 튜브 타워보다 대략 30 퍼센트 적은 강을 사용하며 현장 조립을 위해 표준 크기의 선적 컨테이너로 전적으로 인도 될 수 있습니다. 이 회사는 최근 미국 우주국 (US Department of Energy)으로부터 유사한 공간 프레임 블레이드를 개발하기 위해 $ 3.7 백만 달러의 교부금을 받았다.
근해 혁신
그러나 결정질 실리콘 태양 전지 패널과 마찬가지로 기존의 풍력 기술은 궁극적으로 물질적 인 한계에 부딪 힐 수 있습니다. 바람에 대한 또 다른 혁신은 위치와 관련이 있습니다. 바람 농장은 더 큰 풍력 자원과 더 적은 토지 이용 갈등을 추구하면서 앞바다로 움직이고 있습니다. 앞바다 쪽이 멀리 갈수록 물이 깊어지면서 해저에 터빈을 고정시키는 현재의 방법이 엄청나게 비쌉니다. 업계가 유동적 인지지 구조로 움직이면 오늘날의 최고급 풍력 터빈 설계는 너무 다루기 힘들 것입니다.
하나의 잠재적 인 해법은 수직 축 터빈으로, 기존의 풍력 터빈처럼 수평이 아닌 메리 고원처럼 주 로터 샤프트가 수직으로 설정되는 터빈입니다. 이러한 터빈 용 발전기는 해수면에 설치하여 장치의 무게 중심을 훨씬 낮출 수 있습니다.
"다른 종류의 터빈 기술, 매우 수직 축이 깊은 물에서 가장 비용 효율적 일 것입니다."라고 Griffith는 말합니다.
지난 10 년 동안 태양 광 및 풍력 기술의 놀라운 혁신이 이루어졌으며 효율성과 비용면에서 개선되어 일부의 경우 가장 낙관적 인 기대치를 초과했습니다. 향후 10 년 동안 무엇이 가져올 지 불분명하지만, 역사가 어떤 지침이라면, 재생 에너지의 미래는 매우 긍정적으로 보입니다. 
이 문서는 원래의 등장 Ensia
저자에 관하여
Phil McKenna는 매혹적인 개인과 흥미로운 아이디어의 융합에 관심이있는 프리랜서 작가입니다. 그는 뉴스 뒤에있는 사람들에게 초점을 맞추면서 주로 에너지와 환경에 관해 글을 씁니다. 그의 작품은 뉴욕 타임스, 스미소니언, 유선, 오듀 본, 신 과학자, 기술 검토, MATTER 및 NOVA, 그는 기고 편집인입니다.
