Biaya-mengurangi Film teknologi fotovoltaik surya tipis bisa mengalami kebangkitan, berkat inovasi efisiensi terbaru oleh produsen AS First Solar. Foto milik First Solar, Inc.
Di dalam gedung perkantoran bertingkat satu di Bedford, Mass, di sebuah ruangan rahasia yang dikenal sebagai Growth Hall, masa depan tenaga surya sedang memasak lebih dari 2,500 ° F. Di balik pintu tertutup dan kerai yang terbelakang, oven yang dibuat khusus dengan nama ambisius seperti "Fearless" dan "Intrepid" membantu menyempurnakan teknik baru pembuatan wafer silikon, pekerja keras panel surya saat ini. Jika semuanya berjalan lancar, metode baru ini bisa mengurangi biaya tenaga surya lebih dari 20 persen dalam beberapa tahun ke depan.
"Wafer yang rendah hati ini akan memungkinkan solar semudah batu bara dan secara drastis akan mengubah cara kita mengkonsumsi energi," kata Frank van Mierlo, CEO dari 1366 Technologies, perusahaan di balik metode baru pembuatan wafer.
Kamar rahasia atau tidak, inilah saat-saat menarik di dunia energi terbarukan. Berkat kemajuan teknologi dan peningkatan produksi selama dekade ini, paritas grid - titik di mana sumber energi terbarukan seperti biaya matahari dan angin sama dengan listrik yang berasal dari pembakaran bahan bakar fosil - dengan cepat mendekat. Dalam beberapa kasus, hal itu telah dicapai, dan inovasi tambahan yang menunggu di sayap memegang janji besar untuk biaya mengemudi yang lebih rendah lagi, mengantarkan era baru untuk energi terbarukan.
Surprise Matahari
Pada bulan Januari 2015, perusahaan Arab Saudi ACWA Daya mengejutkan analis industri saat memenangkan tender untuk membangun pembangkit listrik tenaga surya 200-megawatt di Dubai yang akan mampu menghasilkan listrik untuk 6 sen per kilowatt-hour. Harganya pun kurang dari biaya listrik dari gas alam atau pembangkit listrik tenaga batubara, yang pertama untuk instalasi surya. Listrik dari pembangkit gas alam dan batu bara baru akan menelan biaya seharga 6.4 sen dan sen 9.6 per kilowatt-jam, menurut Badan Informasi Energi AS.
Kemajuan teknologi, termasuk photovoltaics yang dapat mengkonversi persentase yang lebih tinggi dari sinar matahari menjadi energi, telah membuat panel surya yang lebih efisien. Pada ekonomi saat yang sama skala telah didorong menurunkan biaya mereka.
Untuk sebagian besar 2000s awal, harga panel surya atau modul melayang sekitar $ 4 per watt. Pada saat itu Martin Hijau, salah satu peneliti fotovoltaik terkemuka di dunia, dihitung biaya setiap komponen, termasuk ingot silikon polikristalin digunakan dalam pembuatan wafer silikon, kaca pelindung di bagian luar modul, dan perak yang digunakan dalam kabel modul . Hijau terkenal menyatakan bahwa selama kita mengandalkan kristal silikon untuk tenaga surya, harga akan cenderung tidak pernah turun di bawah $ 1 / watt.
"Ada sepersepuluh dari persen keuntungan efisiensi di sini dan pengurangan biaya di sana yang telah ditambahkan untuk membuat solar menjadi sangat kompetitif." - Mark Barineau Masa depan, Hijau dan hampir semua orang di lapangan percaya, bertelur tipis, modul surya yang mengandalkan bahan selain silikon yang membutuhkan sebagian kecil dari bahan baku.
Kemudian, dari 2007 ke 2014, harga modul silikon kristal turun dari $ 4 per watt menjadi $ 0.50 per watt, semua kecuali akhir pengembangan film tipis.
Pengurangan biaya yang dramatis berasal dari sejumlah kenaikan inkremental, kata Mark Barineau, seorang analis surya Lux Penelitian. Faktor termasuk baru proses, murah untuk membuat silikon polikristal; wafer silikon tipis; kabel tipis di bagian depan modul yang menghalangi sinar matahari kurang dan menggunakan lebih sedikit perak; plastik yang lebih murah daripada kaca; dan otomatisasi yang lebih besar di bidang manufaktur.
"Ada sepersepuluh dari persen keuntungan efisiensi di sini dan pengurangan biaya di sana yang telah menambahkan untuk membuat solar menjadi sangat kompetitif," kata Barineau.
25 Cents Per Watt
"Mendapatkan di bawah $ 1 [per watt] telah melampaui harapan saya," kata Green. "Tapi sekarang, saya pikir itu bisa menjadi lebih rendah lagi."
Salah satu calon kandidat untuk mendapatkannya ada metode pembuatan wafer baru 1366. Wafer silikon di belakang panel surya hari ini dipotong dari ingot besar silikon polikristalin. Prosesnya sangat tidak efisien, mengubah sebanyak setengah dari ingot awal menjadi serbuk gergaji. 1366 mengambil pendekatan yang berbeda, mencairkan silikon di oven yang dibuat khusus dan mengembalikannya ke dalam wafer tipis dengan harga kurang dari setengah biaya per wafer atau penurunan persen 20 dalam keseluruhan biaya modul silikon kristal. 1366 berharap untuk memulai produksi massal di 2016, menurut van Mierlo.
Sementara itu, film tipis, pernah berpikir untuk menjadi masa depan tenaga surya, kemudian dihancurkan oleh murah kristal silikon, bisa mengalami kebangkitan. Tawaran murah rekor terbaru untuk tenaga surya di Dubai memanfaatkan film tipis telluride kadmium modul surya yang dibuat oleh produsen AS Surya pertama. Perusahaan tidak hanya bertahan karena sebagian besar perusahaan film tipis terlipat, tetapi secara konsisten menghasilkan beberapa modul yang paling murah dengan meningkatkan efisiensi sel surya mereka sambil meningkatkan produksi. Perusahaan sekarang mengatakan dapat memproduksi modul surya untuk kurang dari sen 40 per watt dan mengantisipasi penurunan harga lebih lanjut di tahun-tahun mendatang.
Sepuluh tahun dari sekarang kita bisa dengan mudah melihat biaya modul surya turun ke sen 25 per watt, atau sekitar setengah dari biaya saat ini, kata Green. Untuk mengurangi biaya di luar itu, efisiensi konversi sinar matahari menjadi listrik harus meningkat secara substansial. Untuk sampai di sana, bahan semikonduktor lainnya harus ditumpuk di atas sel surya yang ada untuk mengubah spektrum sinar matahari yang lebih luas menjadi listrik.
"Jika Anda dapat stack sesuatu di atas wafer silikon itu akan cukup banyak yang tidak ada duanya," kata Green.
Green dan rekannya membuat catatan untuk efisiensi modul surya silikon kristal pada 22.9 persen di 1996 yang masih berlaku sampai sekarang. Hijau meragukan efisiensi silikon kristal saja akan pernah jauh lebih tinggi. Dengan penumpukan sel, bagaimanapun, dia mengatakan "langit adalah batasnya."
Masalah Ukuran
Sementara tenaga surya hanya mulai mencapai paritas grid, energi angin yang sudah ada. Di 2014, harga di seluruh dunia rata-rata energi angin darat adalah sama dengan listrik dari gas alam, menurut Bloomberg New Energy Finance.
Seperti halnya solar, kredit berlanjut ke kemajuan teknologi dan volume meningkat. Namun, untuk angin, inovasi terutama merupakan masalah ukuran. Dari 1981 ke 2015 rata-rata panjang baling-baling turbin angin memiliki meningkat lebih dari enam kali lipat, dari 9 meter sampai 60 meter, seperti biaya energi angin dijatuhkan oleh faktor 10.
"Meningkatkan ukuran rotor berarti Anda menangkap lebih banyak energi, dan itu adalah satu-satunya penggerak impor dalam mengurangi biaya energi angin," kata D. Todd Griffith dari Sandia National Laboratories di Albuquerque, New Mexico.
Griffith baru-baru mengawasi pembangunan dan pengujian beberapa pisau prototipe 100 meter panjang di Sandia. Ketika proyek dimulai di 2009, pisau terbesar dalam operasi komersial yang panjang 60 meter. Griffith dan rekan-rekannya ingin melihat seberapa jauh mereka bisa mendorong tren yang terus meningkat pisau sebelum mereka berlari ke dalam desain dan material keterbatasan.
"Saya benar-benar berharap untuk melihat 100 pisau meter dan seterusnya." - D. Todd GriffithTheir prototipe pertama adalah pisau semua-fiberglass yang digunakan desain yang sama dan bahan yang ditemukan di pisau komersial relatif lebih kecil pada saat itu. Hasilnya adalah 126-ton pisau prohibitively berat yang sangat tipis dan panjang itu rentan terhadap getaran angin kencang dan ketegangan gravitasi.
Kelompok ini membuat dua prototip berikutnya yang menggunakan serat karbon lebih kuat dan lebih ringan serta bentuk pisau yang didukung datar dan bukannya bermata tajam. Pisau 100-meter yang dihasilkan 60 persen lebih ringan dari prototipe awal mereka
Sejak proyek dimulai di 2009, pisau terbesar yang digunakan dalam turbin angin lepas pantai komersial telah berkembang dari jarak 60 menjadi sekitar 80 meter dengan prototipe komersial yang lebih besar yang saat ini sedang dikembangkan. "Saya benar-benar berharap bisa melihat pisau meter 100 dan seterusnya," kata Griffith.
Seperti pisau tumbuh lagi, menara yang mengangkat mereka semakin tinggi untuk menangkap lebih konsisten, kecepatan angin lebih tinggi. Dan sebagai menara tumbuh lebih tinggi, biaya transportasi tumbuh semakin mahal. Untuk mengatasi peningkatan biaya GE baru-baru ini memulai debut menara "bingkai ruang angkasa", sebuah menara kisi baja yang terbungkus kain. Menara baru ini menggunakan baja 30 persen kurang dari baja daripada menara tabung konvensional setinggi mungkin dan dapat dikirim sepenuhnya ke dalam wadah pengiriman ukuran standar untuk perakitan di tempat. Perusahaan baru-baru ini menerima hibah $ 3.7 juta dari Departemen Energi AS untuk mengembangkan bingkai ruang angkasa yang serupa.
Inovasi Lepas Pantai
Seperti panel surya silikon kristal, bagaimanapun, teknologi angin yang ada pada akhirnya akan berjalan melawan batas material. Inovasi lain di cakrawala untuk angin terkait bukan ke lokasi. Peternakan angin bergerak di lepas pantai dalam mengejar sumber daya angin yang lebih besar dan konflik penggunaan lahan yang lebih sedikit. Semakin jauh di lepas pantai mereka pergi, semakin dalam air, membuat metode saat ini memperbaiki turbin ke dasar laut sangat mahal. Jika industri bergerak ke struktur pendukung mengambang, desain turbin angin top-berat saat ini kemungkinan akan terbukti terlalu berat.
Salah satu solusi potensial adalah turbin sumbu vertikal, dimana poros rotor utama dipasang secara vertikal, seperti putaran yang menyenangkan, bukan horizontal seperti turbin angin konvensional. Generator untuk turbin semacam itu bisa ditempatkan di permukaan laut, sehingga alat ini memiliki pusat gravitasi yang jauh lebih rendah.
"Ada kemungkinan bagus bahwa beberapa jenis teknologi turbin lainnya, sumbu vertikal yang sangat baik, akan menjadi biaya yang paling efektif di perairan dalam," kata Griffith.
Dasawarsa yang lalu telah menghasilkan inovasi teknologi surya dan angin yang luar biasa, membawa perbaikan efisiensi dan biaya yang dalam beberapa kasus telah melampaui ekspektasi yang paling optimis. Apa yang akan terjadi pada dekade mendatang akan tetap tidak jelas, namun jika sejarah adalah panduan, masa depan energi terbarukan terlihat sangat positif. 
Artikel ini awalnya muncul di Ensia
Tentang Penulis
Phil McKenna adalah seorang penulis lepas yang tertarik pada konvergensi individu yang menarik dan gagasan yang menarik. Dia terutama menulis tentang energi dan lingkungan dengan fokus pada individu di balik berita tersebut. Karyanya muncul di The New York Times, Smithsonian, WIRED, Audubon, New Scientist, Technology Review, MATTER dan NOVA, di mana dia adalah editor yang berkontribusi.
