Thin-Films – Công nghệ sản xuất Pin mặt trời đã sẵn sàng phát triển lớn mạnh và thống lĩnh thị trường
Silicon đang phải đối mặt với những nút thắt cổ chai từ các lệnh trừng phạt thương mại. Câu hỏi đặt ra là: Liệu đây có phải là thời điểm của công nghệ màng mỏng Thin-Films cadmium Telluride (CdTe) không?
Hầu hết các tấm pin mặt trời bao phủ các mái nhà, cánh đồng và sa mạc trên thế giới ngày nay đều có chung thành phần: silicon tinh thể. Vật liệu, được làm từ polysilicon thô, được tạo hình thành các tấm wafer và được kết nối với các tế bào năng lượng mặt trời, thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Gần đây, sự phụ thuộc của Ngành sản xuất Pin năng quang điện vào công nghệ đặc biệt này đã trở thành một mối quan tâm của các chính phủ và trách nhiệm của các chính phủ trong việc khai thác các nguyên liệu thô để sản xuất tấm pin quang điện sao cho giảm thiểu sự ảnh hưởng đến môi trường sống và con người trên trái đất. Sự tắc nghẽn của chuỗi cung ứng đang làm chậm việc lắp đặt năng lượng mặt trời mới trên toàn thế giới. Các nhà cung cấp polysilicon lớn ở khu vực Tân Cương của Trung Quốc – bị cáo buộc sử dụng lao động cưỡng bức từ người Duy Ngô Nhĩ – đang phải đối mặt với các lệnh trừng phạt thương mại của Mỹ.
May mắn thay, silicon tinh thể không phải là vật liệu duy nhất và là công nghệ duy nhất có thể giúp khai thác năng lượng của mặt trời. Tại Hoa Kỳ, các nhà khoa học và nhà sản xuất đang làm việc để mở rộng sản xuất công nghệ năng lượng mặt trời cadmium telluride. Cadmium telluride (CdTe) là một loại pin mặt trời “màng mỏng”, và đúng như tên gọi, nó mỏng hơn nhiều so với tế bào silicon truyền thống. Ngày nay, các tấm pin sử dụng cadmium telluride cung cấp khoảng 40% thị trường quy mô tiện ích của Hoa Kỳ và khoảng 5% thị trường năng lượng mặt trời toàn cầu. Và họ có thể hưởng lợi từ những khó khăn mà ngành năng lượng mặt trời phải đối mặt. Để tìm hiểu thêm về các công nghệ màng mỏng, Quý độc giả có thể tham khảo tại bài viết: https://lithaco.vn/tim-hieu-ve-tam-module-nang-luong-mat-troi-cong-nghe-mang-mong-first-solar-san-xuat-nhu-the-nao/ trên trang Web của Lithaco.
Vào tháng 06/2021, nhà sản xuất năng lượng mặt trời First Solar cho biết họ sẽ đầu tư 680 triệu đô la vào một nhà máy năng lượng mặt trời cadmium telluride thứ ba ở tây bắc Ohio. Khi cơ sở này hoàn thành, vào năm 2025, công ty sẽ có thể sản xuất các tấm pin mặt trời trị giá 6 gigawatt trong khu vực. Con số đó đủ để cung cấp năng lượng cho khoảng 1 triệu ngôi nhà ở Mỹ. Một công ty năng lượng mặt trời khác có trụ sở tại Ohio, Toledo Solar, gần đây đã tham gia thị trường và đang sản xuất các tấm pin Telluride cadmium cho các mái nhà dân dụng. Và vào tháng 6, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, hay NREL, đã khởi động một chương trình trị giá 20 triệu đô la để đẩy nhanh nghiên cứu và phát triển chuỗi cung ứng cho cadmium telluride. Một trong những mục tiêu của chương trình là giúp cách ly thị trường năng lượng mặt trời của Hoa Kỳ khỏi những hạn chế về nguồn cung toàn cầu.
Các nhà nghiên cứu tại NREL và First Solar, trước đây được gọi là Solar Cell Inc., đã làm việc cùng nhau từ đầu những năm 1990 để phát triển công nghệ Telluride cadmium . Cadmium và telluride lần lượt là sản phẩm phụ của quá trình nấu chảy quặng kẽm và luyện đồng. Trong khi các tấm silicon được kết nối với nhau để tạo ra các tế bào, cadmium và telluride được áp dụng như một lớp mỏng – khoảng 1/10 đường kính của sợi tóc người – lên một tấm kính, cùng với các vật liệu dẫn điện khác. First Solar, hiện là nhà sản xuất màng mỏng lớn nhất thế giới, đã cung cấp các tấm pin để lắp đặt năng lượng mặt trời ở 45 quốc gia.
Nhà khoa học Lorelle Mansfield của NREL cho biết công nghệ này có những lợi thế nhất định so với silicon tinh thể. Ví dụ, quy trình màng mỏng yêu cầu ít vật liệu hơn so với phương pháp dựa trên tấm wafer. Công nghệ màng mỏng cũng rất thích hợp để sử dụng trong các tấm linh hoạt, như những tấm che ba lô hoặc máy bay không người lái hoặc được tích hợp vào mặt tiền và cửa sổ của tòa nhà. Quan trọng hơn, các tấm màng mỏng hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ nóng, trong khi các tấm silicon có thể quá nóng và trở nên kém hiệu quả hơn trong việc tạo ra điện, bà nói.
Nhưng silicon tinh thể có ưu thế hơn trong các lĩnh vực khác, chẳng hạn như hiệu suất trung bình của chúng – nghĩa là tỷ lệ ánh sáng mặt trời mà các tấm hấp thụ và chuyển đổi thành điện năng. Trong lịch sử, các tấm silicon có hiệu suất cao hơn công nghệ cadmium telluride, mặc dù khoảng cách đang được thu hẹp. Các tấm silicon được sản xuất công nghiệp ngày nay có thể đạt hiệu suất từ 18 đến 22% , trong khi First Solar đã báo cáo hiệu suất trung bình là 18% cho các tấm thương mại mới nhất của mình.
Tuy nhiên, lý do chính khiến silicon chiếm lĩnh thị trường toàn cầu là tương đối đơn giản. Goss nói: “Tất cả đều do giá thành. “Thị trường năng lượng mặt trời có xu hướng được thúc đẩy mạnh mẽ bởi công nghệ rẻ nhất.”
Cô cho biết, silicon tinh thể tốn khoảng 0,24 đến 0,25 đô la (khoảng 5.800 VNĐ) để sản xuất mỗi watt điện mặt trời, thấp hơn so với các đối thủ khác. First Solar cho biết họ không còn báo cáo chi phí mỗi watt để sản xuất tấm pin Telluride của mình nữa, chỉ có điều chi phí đã “giảm đáng kể” kể từ năm 2015 – khi công ty báo cáo chi phí là 0,46 đô la (khoảng 10.672 VNĐ) mỗi watt – và tiếp tục giảm hàng năm. Lithaco cũng đã rất vinh dự khi được hợp tác và đồng hành cùng First Solar tại dự án tại Khu công nghiệp Vĩnh Lộc https://lithaco.vn/first-solar-va-lithaco-hop-tac-trong-du-an-dien-mat-troi-khu-cong-nghiep-vinh-loc/. Và Thời điểm này, Lithaco dám khẳng định giá của công nghệ Thin -Films đã tiệm cận với công nghệ Silicon và trong tương lai còn rẻ hơn cả Silicon.
Có một vài lý do giải thích cho sự rẻ tiền tương đối của silicon. Nguyên liệu polysilicon, cũng được sử dụng trong máy tính và điện thoại thông minh, có sẵn rộng rãi hơn và rẻ hơn so với nguồn cung cấp cadmium và telluride. Khi các nhà máy sản xuất tấm silicon và các thành phần liên quan được mở rộng quy mô, chi phí tổng thể của việc chế tạo và lắp đặt công nghệ này đã giảm xuống. Chính phủ Trung Quốc cũng đã hỗ trợ và trợ cấp rất nhiều lĩnh vực năng lượng mặt trời silicon của đất nước – đến mức khoảng 80% chuỗi cung ứng sản xuất năng lượng mặt trời trên thế giới hiện chạy qua Trung Quốc.
Chi phí sản xuất Tấm pin quang điện giảm đã thúc đẩy sự bùng nổ năng lượng mặt trời toàn cầu. Theo Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế , trong thập kỷ qua, tổng công suất lắp đặt năng lượng mặt trời trên thế giới đã tăng gần 10 lần, từ khoảng 74.000 MW vào năm 2011 lên gần 714.000 MW vào năm 2020, theo Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế. Hoa Kỳ chiếm khoảng một phần bảy tổng lượng điện trên thế giới, và năng lượng mặt trời hiện là một trong những nguồn cung cấp năng lượng điện mới lớn nhất được lắp đặt hàng năm ở Hoa Kỳ.
Chi phí cho mỗi watt của cadmium telluride và các công nghệ màng mỏng khác được dự đoán sẽ giảm tương tự khi sản xuất mở rộng. (First Solar nói rằng khi cơ sở mới ở Ohio khai trương, công ty sẽ cung cấp chi phí cho mỗi watt thấp nhất trên toàn bộ thị trường năng lượng mặt trời.) Nhưng chi phí không phải là chỉ số duy nhất quan trọng, vì các vấn đề chuỗi cung ứng hiện tại của ngành và mối quan tâm về người lao động.
Mark Widmar, Giám đốc điều hành của First Solar, cho biết kế hoạch mở rộng trị giá 680 triệu USD của công ty là một phần trong nỗ lực lớn hơn nhằm xây dựng chuỗi cung ứng tự cung tự cấp và “tách rời” ngành năng lượng mặt trời của Mỹ khỏi Trung Quốc. Mặc dù các tấm Telluride cadmium không sử dụng bất kỳ polysilicon nào, First Solar đã cảm thấy những thách thức khác mà công ty phải đối mặt, như tồn đọng do đại dịch gây ra trong ngành vận tải biển. Vào tháng 4, First Solar nói với các nhà đầu tư rằng tình trạng tắc nghẽn tại các cảng của Mỹ đang khiến các lô hàng tấm pin quang điện từ các cơ sở của công ty ở châu Á tăng lên. Widmar cho biết việc tăng sản lượng của Mỹ sẽ cho phép công ty sử dụng đường bộ và đường sắt để vận chuyển các tấm pin của mình chứ không phải duy nhất tàu chở hàng bằng đường thủy. Và chương trình tái chế các tấm pin mặt trời hiện có của công ty cho phép công ty tái sử dụng vật liệu nhiều lần, giảm hơn nữa sự phụ thuộc vào các chuỗi cung ứng và nguyên liệu thô của nước ngoài.
Khi First Solar sản xuất các tấm pin, các nhà khoa học tại cả công ty và NREL tiếp tục thử nghiệm và cải tiến công nghệ Telluride cadmium. Vào năm 2019, các đối tác đã phát triển một cách tiếp cận mới liên quan đến việc “pha tạp” các vật liệu màng mỏng với đồng và clo để đạt được hiệu quả cao hơn nữa. Đầu tháng này, NREL đã công bố kết quả của cuộc kiểm tra thực địa kéo dài 25 năm tại cơ sở ngoài trời của mình ở Golden, Colorado. Một mảng 12 bảng điều khiển cadmium telluride đã hoạt động với 88% hiệu suất ban đầu, một kết quả tốt cho một bảng điều khiển nằm bên ngoài hơn hai thập kỷ. Sự suy thoái “phù hợp với những gì hệ thống silicon cũng đang công bố”, theo bản phát hành của NREL.
Mansfield, nhà khoa học của NREL, cho biết mục tiêu không phải là thay thế silicon tinh thể bằng cadmium telluride hoặc thiết lập một công nghệ này vượt trội hơn công nghệ kia. “Tôi nghĩ rằng có một chỗ đứng cho tất cả chúng trên thị trường và mỗi người đều có ứng dụng của mình” cô nói. “Chúng tôi muốn tất cả năng lượng chuyển sang các nguồn tái tạo, vì vậy chúng tôi thực sự cần tất cả các loại công nghệ khác nhau này để đáp ứng thách thức đó”.
Sưu tầm và biên tập bởi Cao Văn Sơn – Lithaco
Nguồn:
https://grist.org/energy/cadmium-telluride-technology-first-solar/
Bài Viết Liên Quan
![[Điện mặt trời tự dùng] kiến nghị của các chuyên gia](https://lithaco.vn/wp-content/uploads/2022/12/toa-dam-dien-mat-troi-min-414x263.jpg?v=1671185092 "[Điện mặt trời tự dùng] kiến nghị của các chuyên gia 4")
