Почему Огайо лидирует в производстве солнечной энергии из теллурида кадмия

Некогда новая технология солнечной энергии с корнями в Огайо сейчас находится на солнце вместе с двумя производителями из региона Толедо.

Ученые экспериментировали с солнечными панелями из теллурида кадмия в лаборатории с 1950-х годов, но технология была коммерциализирована всего два десятилетия назад после важной работы пары предпринимателей из Огайо, которые основали то, что в конечном итоге стало First Solar.

После многих лет борьбы за нишу рядом с более дешевыми и эффективными солнечными элементами из кристаллического кремния, теллурид кадмия недавно сократил разрыв в стоимости и выработке энергии. Панели из теллурида кадмия занимают наибольшую долю мирового рынка среди тонкопленочных солнечных технологий, в которых используются очень тонкие слои полупроводникового материала по сравнению с более толстым жестким кристаллическим кремнием.

Помимо технологических достижений, этот сектор может извлечь выгоду из продолжающейся политики в области цепочки поставок и нового федерального законодательства по борьбе с изменением климата, которое стимулирует отечественное производство.

Эти тенденции подпитывают бум производства солнечной энергии в Огайо, где, несмотря на враждебную политику штата и местных властей в отношении солнечных ферм, два производителя теллурида кадмия объявили о значительном расширении производства, которое обещает создать сотни рабочих мест в ближайшие годы.

Каждое утро тысячи специалистов в области энергетики просматривают наши информационные бюллетени, чтобы узнать самые важные новости дня. Зарегистрируйтесь бесплатно, чтобы получать последние новости прямо на свой почтовый ящик.

Компания First Solar планирует открыть свой третий завод в Огайо позднее в этом году в Лейк-Тауншип. За этой электростанцией мощностью 3,3 гигаватта последует научно-исследовательский центр площадью 1,3 миллиона квадратных футов в Перрисбурге, который планируется открыть в следующем году. Планируется, что в 2025 году в Алабаме откроется четвертый завод в США, в результате чего общая производственная мощность компании в США составит примерно 10 ГВт.

Между тем, Toledo Solar, панели которой поставляются в основном коммерческим и жилым потребителям, в этом году утроит свою производственную мощность со 100 до 300 мегаватт. Хотя компания намного меньше, чем First Solar, которая нацелена на рынок коммунальных услуг, «для нас это очень важно», - сказал генеральный директор Аарон Бейтс.

«Район Толедо, с его глубокими связями со стекольной промышленностью, был естественным инкубатором в первые годы нашего бизнеса», — сказал Кунтал Кумар Верма, директор по производству компании First Solar. Более 20 лет спустя северо-запад Огайо «является домом для накопления знаний в области производства тонкопленочных солнечных батарей, которые, возможно, не имеют аналогов где-либо в мире».

История возникновения солнечной отрасли из теллурида кадмия в Огайо начинается с двух супергероев стекольной промышленности.

Гарольд Макмастер вырос фермерским мальчиком на северо-западе Огайо, а Норман Нитшке провел детство в Восточном Толедо. Эти двое были пионерами в производстве и использовании закаленного стекла — материала, который используется для автомобильных лобовых стекол, поэтому оно не разбивается на зазубренные осколки. Они стали соучредителями нескольких компаний, в том числе Glasstech.

Затем Макмастер и Нитшке начали работать над солнечной энергией через компанию Glasstech Solar. Эта работа привела к созданию компании Solar Cells, Inc. Под руководством Макмастера в 1997 году компания разработала базовый процесс осаждения из паровой фазы для своих солнечных элементов из теллурида кадмия.

В этом процессе используется горячий газ для кристаллизации слоя теллурида кадмия, толщина которого составляет примерно 3% человеческого волоса. Этот слой, стекло и другие материалы составляют «сэндвич» солнечной панели. Производство занимает меньше времени, чем производство панелей из кристаллического кремния, которые составляют большинство солнечных панелей, используемых во всем мире.

После продажи контрольного пакета акций компании инвестиционной фирме из Аризоны Solar Cells, Inc. в 1999 году стала компанией First Solar и открыла свой первый производственный завод в Перрисбурге.

Однако потребовались годы, прежде чем эффективность клеток повысилась настолько, чтобы стать конкурентоспособными. В 2016 году компания First Solar достигла в лаборатории эффективности преобразования энергии 22%. Исследование, проведенное учеными компании в 2019 году, и исследования Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии уточнили эту работу, снизив риск нестабильности, которая может снизить эффективность.