コスト低減の薄膜太陽光発電技術は、米国メーカーのファーストソーラーによる最近の効率革新のおかげで、ルネッサンスを経験することができました。 ファースト・ソーラー社の写真提供：

マサチューセッツ州ベッドフォードにある一階建てのオフィスビルの中で、成長ホールと呼ばれる秘密の部屋の中で、将来の太陽光発電は2,500°F以上で調理しています。 閉鎖されたドアや坂道の後ろには、 "Fearless"や "Intrepid"のような野心的なオーブンが、今日のソーラーパネルの主力製品であるシリコンウェーハを作る新しい技術を完成させるのに役立っています。 すべてがうまくいくならば、新しい方法は今後数年間に太陽光のコストを20％以上削減することができます。

「この謙虚なウェーハは、ソーラーを石炭ほど安くすることができ、私たちがエネルギーを消費する方法を大きく変えるでしょう」とフランク・ファン・ミーロCEO 1366 Technologies、ウェハ製造の新しい方法の背後にある会社.

秘密の部屋であろうとなかろうと、これらは再生可能エネルギーの世界では刺激的な時代です。 太陽光や風力などの再生可能エネルギーの源が化石燃料を燃やして得られる電力と同じようになるグリッド・パリティは、技術進歩と10年間の生産量の増加のおかげで急速に近づいています。 場合によっては既に達成されており、翼で待っている追加の技術革新は、運転コストをさらに下げるための大きな可能性を秘めており、再生可能エネルギーのまったく新しい時代を導いています。

ソーラーサプライズ

1月、サウジアラビアの2015社 ACWAパワー ドバイに200-megawattソーラー発電所を建設し、電気を生産することができたと発表した。 1キロワット時あたりの6セント。 価格は、天然ガスまたは石炭発電所からの電気のコストよりも低く、太陽光発電設備のための最初のものであった。 米国エネルギー情報庁（US Energy Information Agency）によると、新しい天然ガスや石炭からの電力は、それぞれ、1キロワット時に6.4セントと9.6セントを消費するだろう。

エネルギーに太陽光のより高い割合を変えることができる太陽光発電などの技術の進歩は、太陽電池パネルをより効率的に行われてきました。 同時に、規模の経済は、そのコストダウン牽引してきました。

早期2000sの多くは、太陽電池パネルやモジュールの価格は、ワットあたり約$ 4を推移しました。 当時マーティン・グリーン、世界有数の太陽光発電の研究者の一人は、シリコンウエハ、モジュールの外側に保護ガラスを製造するのに使用される多結晶シリコンインゴットを含め、すべてのコンポーネントのコストを計算し、銀は、モジュールの配線に使用されます。 グリーンは有名なので、長い間私たちは太陽光発電用結晶シリコンに依存しているように、価格はおそらく$ 1 /ワット以下に下がることはないだろうと宣言しました。

「ここでは効率効率の10分の1があり、太陽光を非常に競争力のあるものにするために合計したコスト削減があります」 - Mark Ba​​rineau将来的には、Greenやその他ほとんどの人が薄いフィルム、太陽電池モジュール原料の一部を必要とするシリコン以外の材料に依存していました。

次に、2007から2014まで、結晶シリコンモジュールの価格 ワットあたり$ 4からワットあたり$ 0.50に落ちたすべてが薄膜の開発を終わらせた。

コストの劇的な減少は、幅広い漸進的な利益から生じたと、太陽光分析のMark Ba​​rineauは述べています。 ラックスリサーチ。 因子は、多結晶シリコンを製造するための新たな、低コストのプロセスを含みます。 薄いシリコンウエハ。 少ない日光を遮断し、より少ない銀を使用し、モジュールの前面に薄いワイヤー。 ガラスの代わりに安価なプラスチック; そして、製造業の大幅な自動化。

「太陽光発電を非常に競争力のあるものにするために追加された効率削減の10分の1とコスト削減があります」とBarineau氏は言います。

ワットあたりの25セント

「1ワットあたりの1を下回ることが私の期待を上回っています。 「でも、今はそれがさらに低くなると思う」

1366のウェーハ製作の新しい方法があります。 今日のソーラーパネルの背後にあるシリコンウェーハは、多結晶シリコンの大きなインゴットから切断されています。 このプロセスは非常に効率が悪く、最初のインゴットの半分をおがくずに変えます。 1366は、特別に設計されたオーブンでシリコンを溶融し、ウェーハあたりのコストの半分以下の薄いウェーハに再製作するか、または結晶シリコンモジュールの全体的なコストを20％低下させるという、異なるアプローチを採用しています。 1366は2016で量産を開始したいとVan Mierlo氏は述べています。

一方、薄膜は、一度ルネッサンスを経験することができ、太陽光発電の将来は、低コストの結晶シリコンで粉砕であると考えられています。 ドバイでの太陽光発電のための最近の記録的な低コストの入札は、米国のメーカーが製造した薄膜テルル化カドミウム太陽電池モジュールを活用します ファースト・ソーラー。 同社は大多数の薄膜企業が折り畳まれた状態で吊るされていただけでなく、太陽電池の効率を上げて生産量を増やすことで、一貫して最も高価でないモジュールを生産してきました。 同社は、現在、 1ワットあたり40セント未満 今後の価格引き下げを予想しています。

10年後には、太陽光モジュールのコストは、ワットあたり25セント、または現在のコストの約半分に低下していることが容易にわかります。 それを超えるコストを削減するためには、太陽光の電気への変換効率が大幅に上昇しなければならない。 そこに到達するには、より広いスペクトルの太陽光を電気に変換するために、既存の太陽電池の上に他の半導体材料を積み重ねる必要があります。

「あなたはそれがかなり無敵になるシリコンウエハーの上に何かをスタックすることができた場合は、「グリーン氏は述べています。

Green氏と同僚は、今日もまだ保持されている22.9の1996パーセントで、結晶シリコン太陽電池モジュールの効率を記録しました。 グリーンは結晶シリコン単独の効率がずっと高くなると疑っています。 しかし、セルスタッキングでは、「空が限界だ」と彼は言う。

サイズの問題

太陽光発電はちょうどグリッドパリティに到達するために開始されているが、風力エネルギーはすでにそこにあります。 2014では、陸上風力エネルギーの平均世界的な価格は、天然ガスから電気と同じでした Bloomberg New Energy Financeによると.

ソーラーと同様に、信用度は技術の進歩と量の増加につながります。 しかし、風力に関しては、イノベーションは主にサイズの問題であった。 1981から2015までの風力タービンロータブレードの平均長さは、 6倍以上に増加、風力エネルギーのコストとして、9メートルから60メートルまで 10の因子によって落ちた.

「ロータのサイズを大きくすると、より多くのエネルギーを取り込むことになります。これは、風力エネルギーのコストを削減するための単一の最も重要な取り込み要因です」とD. Todd Griffith氏 サンディア国立研究所 ニューメキシコ州アルバカーキにある。

グリフィスは最近、サンディア国立研究所で数100メートルのプロトタイプブレードの構築とテストを監督しました。 プロジェクトは2009で起動すると、商業運転で最大のブレードは60メートルの長さでした。 グリフィスと彼の同僚は、彼らがデザインや素材の限界に走った前に、彼らは常に増加するブレードの傾向をプッシュする可能性がどのように遠く見てみたかったです。

"私は完全に100メーターブレードを見て期待以降。」 - D.トッドGriffithTheir最初のプロトタイプは、一度に比較的小さい商業ブレードに見られるものと同様のデザインや素材を使用したすべての-グラスファイバーブレードでした。 結果は、それが強風と重力歪みの振動の影響を受けやすいだったので、細くて長いだった法外に重い126トンの刃でした。

このグループは、より強くて軽い炭素繊維と、鋭利なものの代わりに平らにされた刃の形状を採用した2つのプロトタイプを作りました。 得られた100メーターブレードは、初期プロトタイプよりも60％軽い

プロジェクトが2009で始まって以来、商用オフショア風力タービンで使用されている最大のブレードは、60メーターから現在80メーターまで成長しており、現在はより大きな商用プロトタイプが開発中です。 「100メーターブレード以降を完全に見ることを期待しています」とGriffith氏は言います。

ブレードが長く成長するにつれ、彼らを高めるの塔は、より一貫性のある、より高速の風をキャッチするために背の高い得ています。 塔は背が伸びるように、輸送コストはますます高価に成長しています。 コストの増大に対抗するために、 GE 最近は布で包まれた鉄製の格子タワー「スペースフレーム」タワーがデビューしました。 新しいタワーは、同じ高さの従来のチューブタワーよりも約30パーセント少ない鋼を使用し、現場での組み立てのために標準サイズの輸送用コンテナで完全に配達することができます。 同社は最近、同様のスペースフレームブレードを開発するために、米国エネルギー省から$ 3.7万ドルの助成金を受領しました。

オフショアイノベーション

しかし、結晶シリコン太陽電池パネルのように、既存の風力技術は最終的に材料の限界に追いつかなくなります。 風のための地平線のもう一つのイノベーションは、場所の代わりに関連しています。 風力発電所は、風力資源の増加と土地利用の競合の減少を追求して、沖合に移動している。 彼らは遠くに行くほど水が深くなり、海底にタービンを固定する現行の方法は非常に高価になっています。 業界が浮動支持構造に移行する場合、今日の重い風力タービン設計は、扱いにくくなる可能性が高いでしょう。

1つの潜在的な解決策は、垂直軸タービンであり、従来の風力タービンのように水平ではなくメリーゴーラウンドのように、主ロータシャフトが垂直に設置される。 このようなタービン用の発電機は海面に設置することができ、装置の重心をはるかに低くすることができる。

「他のタイプのタービン技術、非常に垂直軸が深海で最もコスト効率がよいという非常に良い機会があります」とGriffith氏は言います。

過去10年間で、太陽光や風力技術の画期的な技術革新がもたらされ、効率性とコストが改善され、場合によっては最も楽観的な期待を上回っています。 今後10年間には何がもたらされるのかは不明であるが、歴史が何らかのガイドであれば、再生可能エネルギーの未来は非常にプラスに見える。

この記事はもともとに登場しました Ensia

著者について

Phil McKennaは、魅力的な個人と興味をそそるアイデアのコンバージェンスに関心を持つフリー・ライターです。 彼は主にニュースの背後にある個人に焦点を当て、エネルギーと環境について書いています。 彼の作品は 　 ニューヨーク・タイムズ、スミソニアン、WIRED、オーデュボン、ニュー・サイエンティスト、テクノロジーレビュー、 MATTERとNOVA、彼は貢献編集者です。

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