오늘날 세계의 지붕, 들판, 사막을 덮고 있는 대부분의 태양광 패널은 동일한 성분인 결정질 실리콘을 공유합니다. 원시 폴리실리콘으로 만들어진 이 물질은 웨이퍼 형태로 만들어 햇빛을 전기로 변환하는 장치인 태양전지에 연결됩니다. 최근에는 이 단일 기술에 대한 업계의 의존이 일종의 골칫거리가 되었습니다. 공급망 병목 현상속도가 느려지고 있어요전 세계적으로 새로운 태양광 설치. 중국 신장 지역의 주요 폴리실리콘 공급업체 —위구르족에게 강제 노동을 시켰다는 혐의로 기소— 미국의 무역 제재에 직면해 있습니다.
다행히 결정질 실리콘이 태양 에너지를 활용하는 데 도움이 되는 유일한 물질은 아닙니다. 미국에서는 과학자와 제조업체가 카드뮴 텔루르화물 태양광 기술의 생산을 확대하기 위해 노력하고 있습니다. 카드뮴 텔루라이드는 일종의 "박막" 태양 전지이며, 이름에서 알 수 있듯이 기존 실리콘 전지보다 훨씬 얇습니다. 오늘날 카드뮴 텔루라이드를 사용한 패널은약 40% 공급미국 유틸리티 규모 시장의 점유율과 전 세계 태양광 시장의 약 5%를 차지합니다. 그리고 그들은 더 광범위한 태양광 산업이 직면한 역풍으로부터 이익을 얻을 것입니다.
에너지 컨설팅 그룹인 Wood Mackenzie의 태양광 연구 분석가인 Kelsey Goss는 “특히 결정질 실리콘 공급망 전반에 있어서 매우 변동성이 큰 시기입니다.”라고 말했습니다. "카드뮴 텔루라이드 제조업체가 내년에 더 많은 시장 점유율을 차지할 수 있는 큰 잠재력이 있습니다." 특히 그녀는 카드뮴 텔루라이드 부문이 이미 규모를 확대하고 있기 때문에 지적했습니다.
지난 6월 태양광 제조사 퍼스트솔라(First Solar)는 다음과 같이 밝혔다.6억 8천만 달러를 투자하다오하이오 북서부에 위치한 세 번째 카드뮴 텔루르화물 태양광 공장. 시설이 완공되는 2025년에는 이 지역에서 6기가와트 규모의 태양광 패널을 생산할 수 있게 된다. 이는 미국 내 약 100만 가구에 전력을 공급할 수 있는 양입니다. 오하이오에 본사를 둔 또 다른 태양광 회사인 Toledo Solar는 최근 시장에 진출하여 주거용 지붕용 카드뮴 텔루르화물 패널을 만들고 있습니다. 그리고 지난 6월 미국 에너지부와 국립재생에너지연구소(NREL)는2천만 달러 규모의 프로그램을 시작했습니다.연구를 가속화하고 카드뮴 텔루라이드 공급망을 성장시킵니다. 이 프로그램의 목표 중 하나는 글로벌 공급 제약으로부터 미국 태양광 시장을 보호하는 것입니다.
NREL과 이전에 Solar Cell Inc.로 불렸던 First Solar의 연구원들은 1990년대 초반부터 함께 협력하여카드뮴 텔루라이드 기술. 카드뮴과 텔루르화물은 각각 아연광석을 제련하고 구리를 정제할 때 나오는 부산물이다. 실리콘 웨이퍼는 서로 연결되어 세포를 만드는 반면, 카드뮴과 텔루르화물은 다른 전기 전도성 물질과 함께 얇은 층(인간 머리카락 직경의 약 10분의 1)으로 유리판에 도포됩니다. 현재 세계 최대의 박막 제조업체인 First Solar는 45개국에 태양광 설비용 패널을 공급해 왔습니다.
NREL의 과학자 Lorelle Mansfield는 이 기술이 결정질 실리콘에 비해 확실한 장점을 갖고 있다고 말했습니다. 예를 들어, 박막 공정에는 웨이퍼 기반 접근 방식보다 더 적은 재료가 필요합니다. 박막 기술은 배낭이나 드론을 덮거나 건물 외관과 창문에 통합되는 것과 같은 유연한 패널에 사용하는 데에도 적합합니다. 중요한 것은 얇은 필름 패널이 뜨거운 온도에서 더 잘 작동하는 반면, 실리콘 패널은 과열되어 전기 생산 효율성이 떨어질 수 있다는 점입니다.
그러나 결정질 실리콘은 평균 효율(패널이 흡수하여 전기로 변환하는 햇빛의 비율을 의미함)과 같은 다른 영역에서 우위를 점하고 있습니다. 역사적으로 실리콘 패널은 카드뮴 텔루라이드 기술보다 효율성이 더 높았지만 그 격차는 줄어들고 있습니다. 오늘날 산업적으로 생산되는 실리콘 패널은 다음과 같은 효율성을 달성할 수 있습니다.18~22%First Solar는 최신 상업용 패널의 평균 효율이 18%라고 보고했습니다.
그럼에도 불구하고 실리콘이 세계 시장을 장악한 주된 이유는 비교적 간단합니다. Goss는 “모든 것은 비용에 달려 있습니다.”라고 말했습니다. "태양광 시장은 가장 저렴한 기술에 의해 주도되는 경향이 있습니다."
결정질 실리콘은 태양광 발전 1와트를 생산하는 데 약 0.24~0.25달러의 비용이 들며 이는 다른 경쟁자보다 저렴하다고 그녀는 말했습니다. First Solar는 더 이상 카드뮴 텔루르화물 패널을 생산하는 데 드는 와트당 비용을 보고하지 않으며 단지 비용이 2015년 이후 "크게 감소"했다고 밝혔습니다.보고된 비용은 와트당 0.46달러입니다.— 그리고 매년 계속해서 감소하고 있습니다. 실리콘이 상대적으로 저렴한 데에는 몇 가지 이유가 있습니다. 컴퓨터와 스마트폰에도 사용되는 원료인 폴리실리콘은 카드뮴이나 텔루르화물보다 더 널리 구할 수 있고 가격도 저렴하다. 실리콘 패널 및 관련 부품 공장이 확장됨에 따라 기술을 제작하고 설치하는 데 드는 전체 비용이 감소했습니다. 중국 정부도 심각하게지원 및 보조금국가의 실리콘 태양광 부문 - 너무 많아서약 80퍼센트현재 전 세계 태양광 제조 공급망의 40%가 중국을 통해 운영되고 있습니다.
패널 가격 하락이 전 세계 태양광 붐을 주도했습니다. 지난 10년 동안 전 세계에 설치된 총 태양광 발전 용량은 2011년 약 74,000메가와트에서 2020년 약 714,000메가와트로 거의 10배 증가했습니다.~에 따르면국제 재생 에너지기구. 미국은 세계 전체의 약 7분의 1을 차지하고 있으며, 현재 태양광은가장 큰 소스 중 하나매년 미국에 설치된 새로운 전력 용량의 비율입니다.
카드뮴 텔루라이드 및 기타 박막 기술의 와트당 비용은 제조가 확대됨에 따라 줄어들 것으로 유사하게 예상됩니다. (퍼스트솔라가 말하길오하이오에 새로운 시설이 문을 열면 회사는 전체 태양광 시장에서 가장 낮은 와트당 비용을 제공할 것입니다.) 그러나 업계의 현재 공급망 문제와 노동력에 대한 우려를 보면 알 수 있듯이 비용만이 중요한 척도는 아닙니다.
First Solar의 CEO인 Mark Widmar는 회사가 계획한 6억 8천만 달러 규모의 확장은 자급자족 가능한 공급망을 구축하고 미국 태양광 산업을 중국으로부터 "분리"하려는 더 큰 노력의 일환이라고 말했습니다. 카드뮴 텔루라이드 패널은 폴리실리콘을 사용하지 않지만 First Solar는 해상 운송 산업의 전염병으로 인한 적체와 같이 업계가 직면한 다른 문제를 느꼈습니다. 지난 4월 First Solar는 미국 항구의 혼잡으로 인해 아시아 시설의 패널 출하가 지연되고 있다고 투자자들에게 말했습니다. 미국 생산량이 증가하면 회사는 화물선이 아닌 도로와 철도를 이용해 패널을 선적할 수 있게 될 것이라고 Widmar는 말했습니다. 그리고 회사의 기존 태양광 패널 재활용 프로그램을 통해 재료를 여러 번 재사용할 수 있어 해외 공급망 및 원자재에 대한 의존도가 더욱 낮아졌습니다.
First Solar가 패널을 생산함에 따라 회사와 NREL의 과학자들은 계속해서 카드뮴 텔루라이드 기술을 테스트하고 개선하고 있습니다. 2019년에는 파트너사새로운 접근법을 개발했습니다여기에는 더 높은 효율성을 달성하기 위해 구리와 염소로 박막 재료를 "도핑"하는 작업이 포함됩니다. 이달 초 NREL결과를 발표했다콜로라도주 골든에 있는 야외 시설에서 25년간의 현장 테스트를 거쳤습니다. 텔루르화 카드뮴 패널의 12개 패널 배열은 원래 효율성의 88%로 작동했는데, 이는 20년 넘게 외부에 방치된 패널에 대한 강력한 결과입니다. NREL 릴리스에 따르면 이러한 저하 현상은 "실리콘 시스템의 기능과 일치합니다"라고 합니다.
NREL 과학자 Mansfield는 결정질 실리콘을 카드뮴 텔루르화물로 대체하거나 한 기술을 다른 기술보다 우수하게 확립하는 것이 목표가 아니라고 말했습니다. “시장에는 이들 모두를 위한 자리가 있고 각각의 애플리케이션이 있다고 생각합니다.”라고 그녀는 말했습니다. "우리는 모든 에너지를 재생 가능한 에너지원으로 사용하기를 원합니다. 따라서 이러한 과제를 해결하려면 다양한 유형의 기술이 모두 필요합니다."
게시 시간: 2021년 9월 17일