오늘날 세계의 지붕, 들판, 사막을 덮고 있는 대부분의 태양광 패널은 동일한 성분인 결정질 실리콘을 공유합니다.미가공 폴리실리콘으로 만든 이 물질은 웨이퍼 형태로 만들어지고 햇빛을 전기로 변환하는 장치인 태양 전지에 연결됩니다.최근에는 이 단일 기술에 대한 업계의 의존도가 문제가 되었습니다.공급망 병목 현상속도를 늦추고 있다전 세계적으로 새로운 태양광 설치.중국 신장 지역의 주요 폴리실리콘 공급업체 —위구르족 강제 노동력 사용 혐의— 미국의 무역 제재에 직면해 있습니다.
다행히 결정질 실리콘이 태양 에너지를 활용하는 데 도움이 되는 유일한 물질은 아닙니다.미국에서는 과학자들과 제조업체들이 카드뮴 텔루라이드 태양광 기술의 생산을 확대하기 위해 노력하고 있습니다.카드뮴 텔루라이드는 "박막" 태양 전지의 일종이며, 이름에서 알 수 있듯이 기존의 실리콘 전지보다 훨씬 얇습니다.오늘날 카드뮴 텔루라이드를 사용하는 패널약 40% 공급미국 유틸리티 규모 시장의 약 5%, 세계 태양광 시장의 약 5%를 차지합니다.그리고 그들은 더 광범위한 태양광 산업이 직면한 역풍으로부터 이익을 얻을 것입니다.
에너지 컨설팅 그룹 Wood Mackenzie의 태양광 연구 분석가인 Kelsey Goss는 “특히 일반적으로 결정질 실리콘 공급망이 매우 불안정한 시기입니다."카드뮴 텔루라이드 제조업체가 내년에 더 많은 시장 점유율을 차지할 수 있는 큰 잠재력이 있습니다."특히 카드뮴 텔루라이드 부문이 이미 확장되고 있기 때문에 그녀는 언급했습니다.
6월에 태양광 제조업체인 First Solar는6억 8천만 달러 투자오하이오 북서부에 있는 세 번째 카드뮴 텔루라이드 태양열 공장에서.시설이 완공되는 2025년에 이 회사는 해당 지역에서 6기가와트 규모의 태양광 패널을 만들 수 있게 됩니다.이는 미국 가정 약 100만 가구에 전력을 공급할 수 있는 양입니다.오하이오에 기반을 둔 또 다른 태양열 회사인 Toledo Solar는 최근 시장에 진입하여 주거용 옥상용 카드뮴 텔루라이드 패널을 만들고 있습니다.그리고 6월에 미국 에너지부와 국립재생에너지연구소(NREL)는2천만 달러 프로그램을 시작했습니다.카드뮴 텔루라이드에 대한 연구를 가속화하고 공급망을 성장시킵니다.이 프로그램의 목표 중 하나는 미국 태양광 시장을 글로벌 공급 제약으로부터 보호하는 것입니다.
이전에 Solar Cell Inc.라고 불렸던 NREL과 First Solar의 연구원들은 1990년대 초반부터 협력하여카드뮴 텔루라이드 기술.카드뮴과 텔루라이드는 각각 아연광을 제련하고 구리를 제련할 때 나오는 부산물이다.실리콘 웨이퍼가 함께 배선되어 셀을 만드는 반면, 카드뮴과 텔루라이드는 다른 전기 전도성 물질과 함께 얇은 층(사람 머리카락 직경의 약 10분의 1)으로 유리창에 적용됩니다.현재 세계 최대의 박막 제조업체인 First Solar는 45개국에 태양광 설치용 패널을 공급했습니다.
NREL 과학자 Lorelle Mansfield는 이 기술이 결정질 실리콘에 비해 특정한 이점을 가지고 있다고 말했습니다.예를 들어, 박막 공정은 웨이퍼 기반 접근법보다 더 적은 재료를 필요로 합니다.박막 기술은 또한 배낭이나 드론을 덮거나 건물 파사드와 창문에 통합되는 것과 같은 유연한 패널에 사용하기에 적합합니다.중요한 것은 박막 패널이 고온에서 더 잘 작동하는 반면 실리콘 패널은 과열되어 전기 생성 효율이 떨어질 수 있다고 그녀는 말했습니다.
그러나 결정질 실리콘은 패널이 흡수하여 전기로 변환하는 햇빛의 비율을 의미하는 평균 효율성과 같은 다른 영역에서 우위를 점합니다.역사적으로 실리콘 패널은 텔루르화 카드뮴 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 단순하다.Goss는 "모든 것은 비용으로 귀결됩니다."라고 말했습니다."태양열 시장은 가장 저렴한 기술에 의해 크게 좌우되는 경향이 있습니다."
결정질 실리콘은 1와트의 태양광 발전을 생산하는 데 약 0.24~0.25달러의 비용이 들며 이는 다른 경쟁자보다 저렴하다고 그녀는 말했다.First Solar는 더 이상 카드뮴 텔루라이드 패널을 생산하기 위한 와트당 비용을 보고하지 않고 2015년 이후 비용이 "크게 감소"했다고 밝혔습니다.와트당 $0.46의 보고된 비용— 그리고 매년 계속 하락합니다.실리콘이 상대적으로 저렴한 데에는 몇 가지 이유가 있습니다.컴퓨터와 스마트폰에도 사용되는 원료인 폴리실리콘은 카드뮴과 텔루르화물 공급보다 더 널리 사용 가능하고 저렴합니다.실리콘 패널 및 관련 구성 요소의 공장이 확장됨에 따라 기술을 만들고 설치하는 전체 비용이 감소했습니다.중국 정부도 크게지원 및 보조금국가의 실리콘 태양광 부문 — 너무 많이약 80퍼센트현재 세계 태양광 제조 공급망의 대부분이 중국을 통과하고 있습니다.
패널 가격 하락은 세계적인 태양열 붐을 주도했습니다.지난 10년 동안 전 세계에 설치된 총 태양열 용량은 2011년 약 74,000메가와트에서 2020년 약 714,000메가와트로 거의 10배 증가했습니다.~에 따르면국제재생에너지기구.미국은 세계 전체의 약 7분의 1을 차지하며 태양광은 현재가장 큰 소스 중 하나매년 미국에 설치된 새로운 전기 용량의
카드뮴 텔루라이드 및 기타 박막 기술의 와트당 비용은 제조가 확장됨에 따라 유사하게 줄어들 것으로 예상됩니다.(퍼스트 솔라 라고새로운 오하이오 시설이 열리면 회사는 전체 태양열 시장에서 가장 낮은 와트당 비용을 제공할 것입니다.) 그러나 업계의 현재 공급망 문제와 노동 문제가 분명해지듯이 비용만이 중요한 지표는 아닙니다.
First Solar의 CEO인 Mark Widmar는 회사의 계획된 6억 8천만 달러 규모 확장이 자급자족 공급망을 구축하고 미국 태양광 산업을 중국과 "분리"하려는 더 큰 노력의 일환이라고 말했습니다.카드뮴 텔루라이드 패널은 폴리실리콘을 전혀 사용하지 않지만 First Solar는 해상 운송 산업에서 팬데믹으로 인한 적체와 같은 업계가 직면한 다른 문제를 느꼈습니다.지난 4월 First Solar는 투자자들에게 미국 항구의 혼잡으로 인해 아시아 시설에서 패널 출하가 지연되고 있다고 말했습니다.Widmar는 미국 생산량을 늘리면 회사가 화물선이 아닌 도로와 철도를 사용하여 패널을 선적할 수 있게 될 것이라고 말했습니다.또한 회사의 태양광 패널에 대한 기존 재활용 프로그램을 통해 재료를 여러 번 재사용할 수 있으므로 해외 공급망 및 원자재에 대한 의존도를 더욱 줄일 수 있습니다.
First Solar가 패널을 양산함에 따라 회사와 NREL의 과학자들은 계속해서 카드뮴 텔루라이드 기술을 테스트하고 개선하고 있습니다.2019년에는 협력사새로운 접근법을 개발했다더 높은 효율성을 달성하기 위해 박막 재료에 구리와 염소를 "도핑"하는 작업이 포함됩니다.이달 초 NREL결과를 발표했다콜로라도 골든에 있는 야외 시설에서 25년간 현장 테스트를 거쳤습니다.카드뮴 텔루라이드 패널의 12개 패널 어레이는 원래 효율성의 88%로 작동했으며, 이는 20년 이상 외부에 설치된 패널에 대한 강력한 결과입니다.NREL 릴리스에 따르면 열화는 "실리콘 시스템이 수행하는 것과 일치합니다".
NREL 과학자인 Mansfield는 결정질 실리콘을 카드뮴 텔루라이드로 대체하거나 한 기술을 다른 기술보다 우월하게 만드는 것이 목표가 아니라고 말했습니다."나는 시장에 그들 모두를 위한 장소가 있다고 생각하며, 그들은 각자 자신의 응용 프로그램을 가지고 있습니다."라고 그녀는 말했습니다."우리는 모든 에너지가 재생 가능한 자원으로 사용되기를 원하기 때문에 이러한 과제를 해결하기 위해 이러한 모든 다양한 유형의 기술이 정말로 필요합니다."
게시 시간: 2021년 9월 17일