fr.chemi3t
06-20-2012, 07:14 PM
هر اشعه خورشيد در اين شرايط بحران اقتصادي، بازاري براي باتري نوري ولتاژي يا خورشيدي (PV) است كه سال به سال رشد مي‌كند. مواد صنعتي خاصي در كاربردهاي ويژه براي ساخت PV استفاده مي‌شوند مانند كربور سيليسيم و ماسه گداخته كه در حال حاضر تقاضا براي اين مواد روبه افزايش است.
پيش‌بيني مي‌شود كه توليد برق توسط PV ظرف 5 سال آينده در اروپا، آمريكا و ژاپن افزايش پيدا كند. اين بازار توانسته است فروشندگان كاني‌هاي صنعتي خاصي را به خود جذب كند چون آنان احساس مي‌كنند فرصتي براي رشد در اين بازار به‌وجود آمده است.
اما انرژي خورشيدي يكي از گرانترين منابع توليد برق يا انرژي است كه نيازمند حمايت‌هاي مالي و طرح‌هاي انگيزشي دولتي براي افزايش جذابيت اقتصادي آن است.
10 سال پيش ژاپن نخستين توليدكننده و بازار مصرف PV بود، اما حدود 5 سال پيش اروپا از ژاپن پيشي گرفته و هم‌اكنون در رديف نخست قرار دارد.
تا سال 2008 ميلادي اروپا بالغ بر 80 درصد از بازار جهاني PV به ميزان 6/5 گيگاوات را به‌خود اختصاص داده بود. اسپانيا و آلمان دو كشور عمده مصرف‌كننده هستند كه در سال 2008 هر كدام به ترتيب MW2511 و MW1500 مصرف كرده‌اند. بازار اسپانيا بيش از 10 برابر بازار ژاپن است. سال گذشته بازار PV در آمريكا به MW342 افزايش داشت حال آنكه بازار ژاپن به 230 مگاوات رسيد اما حتي اين صنعت رو به رشد نيز در برابر بحران اقتصادي ايمن نمانده است. شركت‌ها با مشكلات دستيابي به منابع مالي مواجه بوده و برخي نيز از نيروي انساني خود مي‌كاهند.
در موارد ديگري بانك‌ها و نهادهاي مالي سرمايه‌گذار كه حاميان اصلي انرژي‌هاي جايگزين هستند، از تامين منابع مالي در اين صنعت سرباز زده و در نتيجه به توسعه و توليد آن لطمه وارد آمده است. طبق مطالعات انجام شده در زمينه‌هاي ديگري مانند فروش و كاربرد باتري‌هاي PV در سيستم‌هاي گرمايشي استخرهاي شنا در سال 2007 و 2008 در آمريكا كاهش پيدا كرده است.
مصرف انرژي خورشيدي
براي گرفتن انرژي از خورشيد سه روش وجود دارد: گرماي خنثي يا غيرفعال، گرماي حرارتي خورشيدي و انرژي نوري ولتاژي، گرماي خنثي يا غيرفعال همان نور طبيعي آفتاب است و ساختمان‌ها حالا به‌گونه‌اي طراحي مي‌شوند كه نياز گرمايي آن به حداقل برسد و گرماي حرارتي خورشيدي براي تامين آب گرم منازل، سيستم‌هاي گرمايشي و استخرهاي شنا استفاده مي‌شود.
روش سوم استفاده انرژي خورشيدي ساخت سيستم‌هاي PV است كه اشعه خورشيدي را به برق تبديل مي‌كند. در اين سيستم از باتري‌هاي PV استفاده مي‌شود كه شامل يك يا دو لايه ماده نيمه‌هادي است. زماني‌كه نور خورشيد روي اين باتري‌ها مي‌تابد ايجاد يك ميدان الكتريكي كرده و باعث جريان الكتريكي مي‌شود. هرچه كه شدت اين نور زياد باشد، الكتريسيته بيشتري جاري مي‌شود. باتري‌هاي PV براي توليد برق نياز به روشنايي روز دارد و نه اشعه تند آفتاب كه كاربردهاي آن و حيطه جغرافيايي آنان را افزايش مي‌دهد.
باتري‌هاي PV به دو روش اصلي استفاده مي‌شود. ابتدا باتري‌هاي PV براي توليد برق ساخته مي‌شوند كه مي‌تواند براي يك كارخانه يا نيروگاه واحدي باشد يا به‌عنوان يك نيروگاه خورشيدي متمركز (CSP) و يا به‌صورت شبكه‌اي براي تامين برق شبكه‌هاي كنوني برق عمل كند. روش ديگر مربوط است به باتري‌هاي PV با توليد انرژي خورشيدي براي كاربردهاي حرارتي مانند گرم كردن آب استخرها، تامين آب گرم خانه و سيستم‌هاي حرارتي كه در آمريكا كاربرد بيشتري دارد.
فناوري PV
دو نوع اصلي تكنولوژي نوري ولتاژي وجود دارد: تكنولوژي سيليكون كريستالي و تكنولوژي ورقه نازك، معمولي‌ترين تكنولوژي سيليكون كريستالي است كه بالغ بر 90 درصد از باتري‌هاي PV توليد كنوني با استفاده از اين فناوري كار مي‌كند.
در اين تكنولوژي، باتري‌هاي سيليكوني كريستاني از ورقه‌هاي نازك از يك كريستال (سيليكون تك كريستالي)، يا با برش ورقه‌هايي از يك قطعه كريستال يا بلوري (چند كريستالي) ساخته مي‌شود. علاوه بر اين مي‌توان آنها را از ورقه‌هاي نواري ضخيم‌تري توليد كرد.
باتري‌هاي خورشيدي تجاري داراي يك كارآيي 15 درصدي تبديل نور خورشيد به انرژي است. در شرايط تحقيقاتي يا آزمايشي اين ضريب كارآمدي به 25 درصدي نيز رسيده است.
باتري‌ها يا سلول‌هاي خورشيدي كه به‌صورت ورقه‌هاي نازكي هستند از رسوب لايه‌هاي بسيار نازك از مواد حساس به نور روي يك زمينه ارزان قيمت مانند شيشه، فولاد ضدزنگ يا آلومينيوم ساخته مي‌شوند. مدول‌هاي ورقه نازك داراي هزينه‌هاي توليد پايين‌تري نسبت به فناوري كريستالي هستند اما در حال حاضر اين فناوري با ضريب‌هاي كارآمدي بسيار پايين‌تر (13ـ5 درصد) كار مي‌كنند. بازار در شرايط تحقيقاتي ضريب كارآمدي در حد بالاي 20 درصد به‌دست آمد. هم‌اكنون مدول چهار ورقه نازك تجاري آن موجود است. اين مدول‌ها سيليسيم بي‌شكل (a-Si)، كادميوم تلوريت (cdte)، مس اينديوم/ گاليوم ديس الزايد/ دي‌سولفيد (CIS, CIGS) و باتري‌هاي چند تماسي (a-Si/m-Si) هستند اما استفاده از اينديوم و كادميوم از نظر تامين يا دستيابي و مصرف و دفع مواد داراي مشكلات زيست‌محيطي است.
فرآيند توليد باتري‌هاي سيليسيمي بسيار پرهزينه است كه يك نگاه سريع به فرآيند توليد آن دليل آن را مشخص خواهد كرد:
ابتدا كوارتز مرغوب و كيفي به سيليسيم نوع متالورژيكي احيا شده و با استفاده از اسيد كلريدريك به سيليسيم نوع خورشيدي تبديل مي‌شود. سيليسيم نوع خورشيدي داراي درجه خلوص يك ppma (يا شش 9) در مقايسه با سيليسيم نوع الكترونيكي (براي نيمه هادي‌ها) است. از خاصيت ويژه خورندگي اسيد كلريدريك براي رسيدن به اين هدف استفاده مي‌شود و اين بدين معني است تجهيزاتي كه از فولاد ضدزنگ ساخته شده‌اند بايد مكررا عوض شوند.
در مرحله بعدي، فرآيند Sieman نيز بسيار انرژي‌بر است كه براي ايجاد واكنش و توليد پلي سيليسيم با درجه خلوص بالا در درجه حرارت تقريبي 1150 درجه سانتيگراد، يك جريان الكتريكي را از يك ميله سيليسي با درجه خلوص بالا عبور مي‌دهند. سپس سيليسيم در بوته‌هاي كوارتز با درجه خلوص بالا در حرارت 1400 درجه سانتيگراد ذوب شده و سپس با استفاده از يك كريستال كوچك سيليسيم در حد يكدانه كريستاله يا متبلور شده كه چرخانيده مي‌شود تا شمش (ingot) استوانه‌اي يا سيلندري توليد كند.
اين كنده يا شمش به يك مربع تبديل مي‌شود كه 25 درصد آن تلف مي‌شود و سپس شمش مربع به ورقه‌هاي برش داده مي‌شود. برش دادن يا قاچ كردن بسيار آهسته انجام مي‌شود كه نياز به چندين ساعت وقت دارد و حتي با وجود اره چندتيغه‌اي (سيم برش) و افت شمش به‌صورت خاك اره تا 30 درصد كار به كندي انجام مي‌شود. برش يا قاچ كردن يكي از پرهزينه‌ترين مراحل در فرآيند توليد ورقه نازك سيليس است.
سرانجام اينكه اين ورقه‌هاي نازك (ويفر) پوليش و تميز شده و كاملا آماده استفاده براي توليد باتري مي‌شود. احتمالا ورقه‌هاي نازك سيليس بالغ بر 50 درصد هزينه توليد مدول PV را دربر مي‌گيرد. برق زيادي براي توليد ورقه‌هاي نازك سيليس لازم است كه عامل بازدارنده ديگري براي توليد زياد يا صنعتي آن است مگر اينكه روش ارزان‌تري ابداع و ايجاد شود.
اما تحقيقات باتري‌هاي خورشيدي سريعا رو به تكامل است كه به‌زودي مواد و فرآيندهاي خاصي به‌وجود خواهد آمد كه مصرف انرژي و هزينه‌هاي توليد آن را كاهش خواهد داد.
تكنولوژي‌هاي در حال تكامل
در حال حاضر تكنولوژي‌هاي ديگر PV مانند باتري‌هاي متمركز شده (CSP) در حال تكامل است كه از كلكتورهاي متمركزي ساخته مي‌شود و با استفاده از يك عدسي نور خورشيد را بر روي باتري‌ها يا سلول‌ها متمركز مي‌كنند. در اين روش از باتري‌هاي PV استفاده مي‌شود كه كارآمدي آن بين 20 تا 30 درصد است.
تحول ديگر ساخت باتري‌هاي انعطاف‌پذير است كه آنها در پلاستيك‌هاي نازكي قرار مي‌دهند كه كاربردهاي جديد و زيادي در بخش ساختماني و مصرف‌كنندگان نهايي خواهد داشت.
مواد و فرآيند توليد PV از كوارتز تا باتري‌هاي خورشيدي
كوارتز (Sio2) در كوره قوس الكتريكي در حرارت تقريبي 1900 درجه سانتيگراد تبديل به سيليس نوع متالورژي (خلوص 99 درصد) مي‌شود كه اسيد كلريدريك بدان اضافه مي‌كنند تا SiHcl3 به‌دست آيد و پس از آن با تقطير اين ماده آن را خالص مي‌كنند. ماده خالص تري كلروسيلان در حرارت 1100 درجه سانتيگراد در فرآيند Siemans به سيليسيم چند بلوري تبديل مي‌شود و سپس اين ماده در 1500 درجه حرارت سانتيگراد با استفاده از بوته‌هاي كوارتز با درجه خلوص بالا (سيليس گداخته)، سيليسيم تك‌بلوري به‌دست مي‌آيد. با برش و صيقلي كردن (SIC) و افت ماده سيليسيم تك بلوري ورقه‌هاي نازك سيليس توليد مي‌شود كه در درجه حرارت تقريبي 900 درجه سانتيگراد باتري يا سلول به‌دست مي‌آيد كه نخستين نسل باتري‌هاي ورقه نازك سيليسي توليد مي‌شود.
كمبود پلي سيليكون
يكي از موانع بر سر راه زنجيره توليد عرضه اندك پلي سيليكون است و همانند چهار سال پيش در حال حاضر فقط 7 توليدكننده وجود دارد ولي طي سه سال گذشته تعداد توليدكنندگان پلي سيليكون كه به ثبت رسيده‌اند به دو برابر افزايش پيدا كرده است و واحدهاي توليد جديدي در آلمان، چين و تايوان به ثبت رسيده است.
علاوه بر اين تعداد ديگري توليدكننده وجود دارد كه سعي مي‌كنند كارخانه‌اي را در چين خريده و از آن بهره‌برداري كنند. اگر تمامي پروژه‌ها به مرحله توليد برسند، سپس توليد پلي سيليكون در ظرف دو سال آينده تا 80 درصد رشد خواهد داشت. اين رشد سريع‌تر از رشد پيش‌بيني شده براي مدول‌ها بوده و بايد شرايط عرضه را آسان كند و قيمت‌هاي مدول را كمتر كند. تا پايان سال 2009 يا اوايل 2010 بايد كمبود پلي سيليكون برطرف شود.
پس از اينكه ظرفيت‌هاي مازاد به بهره‌برداري رسيد، قيمت‌هاي پلي سيليكون در بازار نقد از 475 دلار در هر كيلوگرم به 400 دلار در هر كيلوگرم در ظرف چند ماه اخير كاهش پيدا كرد اما اكثر قراردادهاي پلي سيليكون بلندمدت است و بنابراين كاهش قيمت‌ها براي مدتي به مدول‌ها سرايت نخواهد كرد. توليد پلي سيليكون نيازمند سرمايه‌گذاري بالايي در كارخانه‌هاست كه تعداد دست‌اندركاران بازار آن را در مقايسه با توليد باتري و مدول محدود كرده است. براي فرآيندهاي پايين‌دستي (توليد سلول و مدول) نياز به سرمايه‌گذاري و انعطاف‌پذيري كمتري براي تعديل در عرضه و پاسخگويي به تغييرات تقاضا است.
كمبود سيليسيم و نياز به تكنولوژي برتر
يكي از نتايج كمبود پلي سيليكون رشد تكنولوژي ورقه نازك PV بوده است كه در حال حاضر جايگاه خود را به‌عنوان يك جايگزين استحكام مي‌بخشد. پيش‌بيني مي‌شود كه تكنولوژي‌هاي ورقه نازك براساس تلوريت كادميم Cdte)، CIGS) و سيليسيم بي‌شكل يا آمورف رشد بيشتري كند تا هر كدام بتواند پاسخگوي بخش‌هاي مختلف بازار باشد.
در سال 2005 تكنولوژي ورقه نازك كمتر از 5 درصد كل ظرفيت PV را نمايندگي مي‌كرد كه حدودا معادل 90 مگاوات است. تخمين زده مي‌شود كه در سال 2010 به 20 درصد يا 4 گيگاوات و در سال 2013 به 25 درصد يا 9 گيگاوات افزايش داشته باشد.
افزايش ظرفيت PV
ظرفيت توليد باتري‌هاي خورشيدي سريعا رو به افزايش است تا بتواند پاسخگوي تقاضاي آن باشد. در اروپا تحقيقات انجام شده توسط انجمن صنعت فتوولتاژي اروپا (EPIA) نشان مي‌دهد كه احتمالا ظرفيت توليد در كنار زنجيره ارزشي مجموعا نرخ رشد سالانه 30ـ20 درصدي طي 5 سال آينده تا سال 2013 به‌دست آيد.
از نظر كل ظرفيت، آلمان داراي بالاترين ظرفيت نصب شده برق خورشيدي است كه كل توليد آن 5308 مگاوات است كه تقريبا 1500 مگاوات آن در سال 2008 نصب شده است. توليدكننده بزرگ دوم در جهان اسپانياست كه ظرفيت نصب شده آن 2973 مگاوات است. اسپانيا در سال 2008 افزايش ظرفيت زيادي به‌ميزان 2281 مگاوات يا حدود 75 درصدي را تجربه كرده است.
ژاپن توليدكننده مهم ديگر انرژي خورشيدي با ظرفيت تقريبي 2173 مگاوات است حال آنكه آمريكا داراي ظرفيت 342 مگاواتي است. چين و آلمان بزرگترين مصرف‌كنندگان انرژي حرارتي خورشيدي براي گرم كردن آب هستند، حال آنكه آمريكا داراي بيشترين واحدهاي CSP در جهان است.
بازار جهاني PV ـ سال 2008 سالي پربار و موفقيت‌آميز
در سال 2008 تقاضا براي پانل‌ها يا صفحات خورشيدي رشد چشمگيري داشته است كه دليل اصلي آن رشد به ثبت رسيده در اسپانيا بود كه حدودا نصف ظرفيت‌هاي نصب شده جديد در اروپاست. ديگر بازارهاي عمده ژاپن، آلمان و آمريكا هستند كه سال گذشته بازارهاي جديدي مانند كره‌جنوبي، ايتاليا و فرانسه نيز ظهور كردند.
براي چندين سال آلمان به‌صورت سنتي بزرگترين بازار در اروپا بود اما سال گذشته اسپانيا بالغ بر 45 درصد بازار جهاني و 56 درصد از 4503 مگاوات بازار اروپا را به‌خود اختصاص داد. اما EPIA پيش‌بيني مي‌كند كه آلمان مجددا از اسپانيا پيشي خواهد گرفت چون داراي خط‌مشي‌هاي مطلوبي است در حالي‌كه كشورهاي ديگري مانند جمهوري چك، بلغارستان، بلژيك، پرتغال و يونان در حال تدوين سياست‌هاي دولتي جامعي هستند كه بايد تقاضا را افزايش دهد.
صنعت PV به مكانيسم‌هاي حمايت دولت‌ها نياز دارد و به‌كارگيري، تغيير و حذف اين مكانيسم‌ها مي‌تواند نتايج مهمي در صنعت PV به‌بار آورد. به‌عنوان مثال در اروپا دولت‌هاي آلمان و اسپانيا از انگيزه‌هاي نصب باتري‌هاي خورشيدي خود كاسته‌اند.
در آلمان ميزان تعرفه‌هاي باتري‌هاي خورشيدي با 10 درصد كاهش به 2/34 تا 8/48 سنت به ازاي هر كيلووات ساعت تنزل پيدا كرد. در اسپانيا تعرفه‌هاي مواد اوليه PV افزايش يافته و انگيزه‌هاي نصب باتري‌هاي خورشيدي به 500 مگاوات محدود شد. اين اقدامات مي‌تواند مانع پيشرفت رشد انفجاري اين صنعت در بازار اسپانيا كه در سال 2008 شاهد آن بوديم، شود.
اوايل امسال انجمن صنعت فتوولتاژي اروپا پس از بررسي‌هاي لازم دو سناريوي مختلف بازار را در آينده براي صنعت PV مطرح كرد:
يكي از اين سناريوها براساس رشد معتدل و ديگري سناريويي برمبناي خط‌مشي است بدين مفهوم كه خط‌مشي‌هاي دولت‌ها بايد حامي صنعت PV باشد كه مي‌توان به حمايت‌هايي چون كاهش تعرفه‌ها (FiT) در اغلب كشورها اشاره كرد.
طبق پيش‌بيني‌هاي انجمن مذكور (EPIA) بازار جهاني مي‌تواند در چارچوب سناريوي خط‌مشي دولت‌ها به توليد 22 گيگاوات دست پيدا كند كه كل رشد سالانه (CAGR) 32 درصدي در ظرف 5 سال آينده به‌دست خواهد آمد. نرخ رشد معتدل‌تر (به‌دليل يك CAGR موثر) 17 درصدي طي همين دوره به‌دست خواهد آمد كه كل توليد در بازار به 12 گيگاوات خواهد رسيد.
آمريكا سردمدار CSP
در سال 2008 كل ظرفيت انرژي خورشيد با 1265 مگاوات رشد يا افزايش به 9183 مگاوات رسيد. ميزان اين رشد در سال 2007 نيز 1159 مگاوات بود و به نظر مي‌رسد كه مجددا امسال نيز در همين سطح رشد داشته باشد.
بيان اين مطلب به عبارت ديگر اين است كه يك مگاوات ظرفيت الكتريكي خورشيدي (PV و CSP) تا حدي است كه مي‌تواند برق 150 تا 250 خانه را تامين كند. بنابراين مصرف انرژي خورشيدي در مقايسه با ديگر روش‌هاي توليد برق در مرحله آغازين رشد است اما داراي پتانسيل زيادي خصوصا از نظر هزينه و اقتصادي بودن مي‌باشد.
صنعت آمريكا با تصميم‌گيري‌هاي اخير در زمينه خط‌مشي حمايت از انرژي‌هاي جايگزين قدرت بيشتري پيدا كرده است. قانون ثبات فوري اقتصادي (EESA) كه در اكتبر سال 2008 به تصويب رسيد به صنعت اين امكان را مي‌دهد تصميم‌گيري‌هاي بلندمدتي را براي خود در زمينه سرمايه‌گذاري و برنامه‌ريزي اتخاذ كند.
طبق قانون فوق‌الذكر 30 درصد اعتبار مالياتي به مدت 8 سال به سرمايه‌گذاري در زمينه توليد انرژي خورشيدي اختصاص داده و همچنين در حال حاضر خدمات عمومي (آب، برق و گاز) از اين اعتبار استفاده مي‌كنند. علاوه بر اين از اقدامات ديگر حذف 2 هزار دلار سقف براي نصب PV در ساختمان‌هاي مسكوني است.
اقدام مثبت واقعي بعدي براي صنعت باتري‌هاي خورشيدي در آمريكا تصويب قانون بازيافت و سرمايه‌گذاري مجدد (ARRA) است كه در فوريه 2009 تصويب شد. اين قانون داراي يك بسته محرك اقتصادي است كه استفاده از انرژي خورشيدي را در آمريكا براي منازل و شركت‌ها جذاب و مقرون به‌صرفه مي‌كند.
در قانون ARRA يك صندوق ايجاد شد كه 600 هزار ميليون دلار وام خصوصا براي پروژه‌هاي انرژي بازيافتي و انتقال آن در اختيار سرمايه‌گذاران قرار داده و نيز حدودا 5500 ميليون دلار در اختيار دولت قرار مي‌دهد تا در پروژه‌هاي كاهش مصرف و بازيافت انرژي سرمايه‌گذاري كند.
علاوه بر اين، طبق اين قانون يك برنامه اعطاي موقتي وام در نظر گرفته شده است كه مشتريان خورشيدي تجاري 30 درصد از هزينه نصب تجهيزات خورشيدي خود را به‌صورت نقد دريافت مي‌كنند. تمامي اين قوانين طي دوران ركود از فشار اقتصادي وارد بر صنعت باتري‌هاي خورشيدي كم كرده و از مشكلات تامين منابع مالي پروژه مي‌كاهد.
با توجه به تمامي اين حمايت‌ها و تسهيلات، بازار PV در آمريكا تا سال 2013 مي‌تواند 5/4 گيگاوات برق توليد كند كه بزرگترين بازار در جهان خواهد بود. يكي از موانعي كه صنعت آمريكا از آن رنج مي‌برد درخواست براي احداث تاسيسات خورشيدي روي زمين‌هاي دولتي بود كه توسط دفتر مديريت زمين صادر مي‌شد و اين مسئله پس از ايجاد مشكلاتي مرتفع شد. به هرحال موضوع دستيابي به زمين مسئله مهمي براي اين صنعت شده است چون كارخانه‌هاي CSP زيادي به مرحله بهره‌برداري مي‌رسند.
با توجه به اينكه بعضي از اين پروژه‌ها روي زمين بخش خصوصي احداث مي‌شود، بيشترين زمين‌هايي كه براي احداث باتري‌هاي خورشيدي در نظر گرفته شده‌اند توسط دفتر مديريت زمين مديريت مي‌شود.
بيشترين مشكلات زمين مربوط به مسائل زيست‌محيطي و اكوسيستم است كه تا سال 2010 نهايي خواهد شد.
كاهش قيمت‌ها در سال 2008
در اوايل سال 2008 با كمبود عرضه PV قيمت‌هاي آن بالا رفت. اين وضعيت موجب سرمايه‌گذاري سنگيني در زمينه توليد سيليسيم و توليد باتري‌هاي خورشيدي و ساخت مدول شد كه عرضه را در جهان افزايش داد. سپس در سه ماهه سوم، توليد مازاد و تغيير در بازار اروپا باعث شد كه قيمت‌ها رو به كاهش بگذارد.
اين شرايط موجب تحرك در توليدكنندگان شد اما علاوه بر اين باعث كاهش هزينه‌هاي نصب نيز شد چون معمولا مدول‌ها بالغ بر 50 درصد هزينه سيستم‌هاي PV را دربر مي‌گيرند. اين وضع منتج به استمرار قيمت‌هاي پايين‌تر شده كه احداث واحدها را از نظر مالي تسهيل كرده و تقاضا را در بلندمدت افزايش خواهد داد.
تا پايان سال 2008 قيمت‌هاي مدول معمولا 5/3 دلار به ازاي هر Wp (برق پيك شدت خورشيدي) و سيستم‌هاي خورشيدي نصب شده 7 دلار در هر Wp بود كه به الكتريسيته تبديل مي‌شد و حدودا بيش از 5 برابر گرانتر از برق توليد شده توسط سوخت‌هاي فسيلي است.
از ابتداي سال 2009، قيمت‌هاي مدول PV، 10 تا 20 درصد كاهش يافته و پيش‌بيني مي‌شود كه 10 تا 20 درصد ديگر تا سال 2010 كاهش پيدا كند و در نتيجه قيمت آن ارزان‌تر مي‌شود.
اما با وجود همه خوشبيني‌ها و پيش‌بيني‌ها رشد، بهتر اين است كه براي اين صنعت در آينده براي توليد برق برنامه‌ريزي كنيم. در مقايسه با ديگر اشكال انرژي‌هاي تجديدپذير مانند برق نيروگاه‌هاي آبي و بادي، استفاده آن نسبتا از اهميت پايين‌تري برخوردار است (عمدتا به‌دليل هزينه‌هاي آن).
در سال 2008 ميزان منابع تجديدپذير انرژي بالغ بر 4/3 تريليون كيلووات ساعت شده و به 18 درصد توليد جهاني رسيد. از اين ميزان 88 درصد مربوط به برق آبي، 3 درصد بادي و 9 درصد به ديگر منابع از جمله زمين گرمايي (geothermal)، توده بيولوژيكي (biomass)، سوخت‌هاي بيولوژيكي (biofuels)، امواجي و خورشيدي تعلق دارد. EIA پيش‌بيني مي‌كند كه تا سال 2030 سهم برق قابل بازيافتي 21 درصد، برق آبي 70 درصد، برق بادي 18 درصد و الباقي مربوط به ساير منابع خواهد بود.
معهذالك، صنعت PV امروزه در مناطق دورافتاده‌اي كه مشكلات ارتباطاتي دارد از نظر اقتصادي كاربرد پيدا كرده است. پتانسيل زيادي براي كاربرد در ايستگاه‌هاي تقويتي گوشي‌‌هاي موبايل دارد كه برق آن توسط سيستم‌هاي هيبريدي يا PV تامين مي‌شود. سيستم‌هاي هيبريدي زماني وجود دارد كه انرژي خورشيدي به منبع ديگر الكتريسيته مانند ژنراتور توده بيولوژيكي (biomass)، توربين بادي، ديزل يا شبكه متصل باشد.
كاربردهاي بالقوه ديگر آن شامل علائم ترافيكي، تجهيزات ناوبري كمكي، نوررساني راه دور و تلفن‌هاي ايمن هستند. كاربردهاي خارج از شبكه مانند تامين برق روستاها خصوصا زماني كه باتري‌هاي خورشيدي قيمت مناسب و ارزاني داشته باشند.
بزرگترين مشكل براي توسعه بيشتر استفاده از باتري‌هاي خورشيدي هزينه آن است كه اميد مي‌رود تا سال 2020 با ارزان‌تر شدن آن در همه جاي اروپا مورد استفاده قرار گيرد.
مصرف مواد معدني در ساخت باتري‌هاي خورشيدي
تقريبا مواد معدني يا مينرال‌هاي كمي در باتري‌هاي خورشيدي مصرف مي‌شوند و امروزه حجم آن نسبتا پايين است. كاني‌هايي كه استفاده مي‌شوند عبارتند از: كوارتز به‌عنوان مواد اوليه توليد ورقه‌هاي نازك سيليسيم و موادي كه در توليد شيشه استفاده مي‌شوند مانند نمك قليا، فلداسپار اكسيد سيليسيم.
دو مواد معدني مهمي كه در ساخت PV استفاده مي‌شوند سيليس گداخته (Fused Silica) و كربور سيليسيم (SiC) هستند.
ماسه گدازيده يا اكسيد سيليسيم شيشه‌اي (Fused Silica)
ماسه گدازيده مهمترين ماده معدني است كه در ساخت بوته‌ها استفاده مي‌شود كه در درون آن فلز سيليس در درجه حرارت 1400 درجه سانتيگراد قبل از تبلور، ذوب مي‌شود. شركت Vesuvius بزرگترين توليدكننده بوته‌هاي ماسه گدازيده است كه در چين نيز فعاليت توليدي دارد.
كربورسيليسيم
در يكي از گرانترين يا پرهزينه‌ترين بخش‌هاي توليد باتري PV، كربورسيليسيم به‌عنوان يك ساينده در سيم برش يا اره برشي براي قاچ دادن ورقه نازك سيليس و صيقل‌كاري آن استفاده مي‌شود چون شمش سيليس بايد به ورقه‌هاي نازكي برش داده شود.
در سال 2008 قبل از بحران بازارهاي سنتي كربورسيليسيم مانند نسوزها و ساينده‌ها مواجه با سناريوي تغيير عرضه مواد اوليه شد چون كاربردهاي مواد اوليه جديد با ارزش افزوده بالاتر مانند سيم برش سيليسيمي براي ساخت PV رو به افزايش گذاشت. اين كاربردها موجب افزايش تقاضا براي اين فلز شده و در نتيجه عرضه با نقصان روبه‌رو شد.
اما به هرحال شرايط بحران اقتصادي به‌طور موقتي شرايط را متوقف كرده است چون تقاضا براي انواع گريدهاي كربورسيليسيم در صنايع نسوز و سمباده‌ها كاهش يافته است. توليدكنندگان كربور سيليسيم نگران آينده PV و تقاضاي آن براي CIS (كربور سيليسيم) هستند و درصدد سرمايه‌گذاري در بخش تحقيق و توسعه و نيز افزايش ظرفيت‌هاي توليد خود هستند تا انواع مناسب آن را با گريدهاي مختلف توليد كنند. نوع دانه‌بندي آن در توليد انواع اره‌ها يا سيم برش‌ها استفاده مي‌شود. به‌عنوان مثال بخش كربورسيليسيم شركت Saint Gobain فرانسه در زمينه كاهش هزينه‌ها و توليد انواع ماسه سنگ براي سيم‌هاي برش كه اين صنعت در آينده بدان نياز خواهد داشت فعاليت‌هاي تحقيق و توسعه انجام مي‌دهد.
شركت مذكور نقشه راه PV را براي 5 تا 10 سال آينده تدوين مي‌كند. اين شركت پيش‌بيني مي‌كند كه ضخامت ورقه نازك سيليسي بايد كاهش بيشتري پيدا كند تا هزينه و قيمت توليد باتري‌هاي خورشيدي را بهبود بخشيده و كارآيي آن را بالا ببرد و به‌طور فعالي در زمينه اثر ماسه‌سنگ سيم برش، ميزان برش، تغييرات ضخامت، خمش، پيچش، آسيب زيرسطح، سيستم‌هاي توليد و قابليت بازيافت آن را بررسي و مطالعه مي‌كند.
news.imidro.org
پيش‌بيني مي‌شود كه توليد برق توسط PV ظرف 5 سال آينده در اروپا، آمريكا و ژاپن افزايش پيدا كند. اين بازار توانسته است فروشندگان كاني‌هاي صنعتي خاصي را به خود جذب كند چون آنان احساس مي‌كنند فرصتي براي رشد در اين بازار به‌وجود آمده است.
اما انرژي خورشيدي يكي از گرانترين منابع توليد برق يا انرژي است كه نيازمند حمايت‌هاي مالي و طرح‌هاي انگيزشي دولتي براي افزايش جذابيت اقتصادي آن است.
10 سال پيش ژاپن نخستين توليدكننده و بازار مصرف PV بود، اما حدود 5 سال پيش اروپا از ژاپن پيشي گرفته و هم‌اكنون در رديف نخست قرار دارد.
تا سال 2008 ميلادي اروپا بالغ بر 80 درصد از بازار جهاني PV به ميزان 6/5 گيگاوات را به‌خود اختصاص داده بود. اسپانيا و آلمان دو كشور عمده مصرف‌كننده هستند كه در سال 2008 هر كدام به ترتيب MW2511 و MW1500 مصرف كرده‌اند. بازار اسپانيا بيش از 10 برابر بازار ژاپن است. سال گذشته بازار PV در آمريكا به MW342 افزايش داشت حال آنكه بازار ژاپن به 230 مگاوات رسيد اما حتي اين صنعت رو به رشد نيز در برابر بحران اقتصادي ايمن نمانده است. شركت‌ها با مشكلات دستيابي به منابع مالي مواجه بوده و برخي نيز از نيروي انساني خود مي‌كاهند.
در موارد ديگري بانك‌ها و نهادهاي مالي سرمايه‌گذار كه حاميان اصلي انرژي‌هاي جايگزين هستند، از تامين منابع مالي در اين صنعت سرباز زده و در نتيجه به توسعه و توليد آن لطمه وارد آمده است. طبق مطالعات انجام شده در زمينه‌هاي ديگري مانند فروش و كاربرد باتري‌هاي PV در سيستم‌هاي گرمايشي استخرهاي شنا در سال 2007 و 2008 در آمريكا كاهش پيدا كرده است.
مصرف انرژي خورشيدي
براي گرفتن انرژي از خورشيد سه روش وجود دارد: گرماي خنثي يا غيرفعال، گرماي حرارتي خورشيدي و انرژي نوري ولتاژي، گرماي خنثي يا غيرفعال همان نور طبيعي آفتاب است و ساختمان‌ها حالا به‌گونه‌اي طراحي مي‌شوند كه نياز گرمايي آن به حداقل برسد و گرماي حرارتي خورشيدي براي تامين آب گرم منازل، سيستم‌هاي گرمايشي و استخرهاي شنا استفاده مي‌شود.
روش سوم استفاده انرژي خورشيدي ساخت سيستم‌هاي PV است كه اشعه خورشيدي را به برق تبديل مي‌كند. در اين سيستم از باتري‌هاي PV استفاده مي‌شود كه شامل يك يا دو لايه ماده نيمه‌هادي است. زماني‌كه نور خورشيد روي اين باتري‌ها مي‌تابد ايجاد يك ميدان الكتريكي كرده و باعث جريان الكتريكي مي‌شود. هرچه كه شدت اين نور زياد باشد، الكتريسيته بيشتري جاري مي‌شود. باتري‌هاي PV براي توليد برق نياز به روشنايي روز دارد و نه اشعه تند آفتاب كه كاربردهاي آن و حيطه جغرافيايي آنان را افزايش مي‌دهد.
باتري‌هاي PV به دو روش اصلي استفاده مي‌شود. ابتدا باتري‌هاي PV براي توليد برق ساخته مي‌شوند كه مي‌تواند براي يك كارخانه يا نيروگاه واحدي باشد يا به‌عنوان يك نيروگاه خورشيدي متمركز (CSP) و يا به‌صورت شبكه‌اي براي تامين برق شبكه‌هاي كنوني برق عمل كند. روش ديگر مربوط است به باتري‌هاي PV با توليد انرژي خورشيدي براي كاربردهاي حرارتي مانند گرم كردن آب استخرها، تامين آب گرم خانه و سيستم‌هاي حرارتي كه در آمريكا كاربرد بيشتري دارد.
فناوري PV
دو نوع اصلي تكنولوژي نوري ولتاژي وجود دارد: تكنولوژي سيليكون كريستالي و تكنولوژي ورقه نازك، معمولي‌ترين تكنولوژي سيليكون كريستالي است كه بالغ بر 90 درصد از باتري‌هاي PV توليد كنوني با استفاده از اين فناوري كار مي‌كند.
در اين تكنولوژي، باتري‌هاي سيليكوني كريستاني از ورقه‌هاي نازك از يك كريستال (سيليكون تك كريستالي)، يا با برش ورقه‌هايي از يك قطعه كريستال يا بلوري (چند كريستالي) ساخته مي‌شود. علاوه بر اين مي‌توان آنها را از ورقه‌هاي نواري ضخيم‌تري توليد كرد.
باتري‌هاي خورشيدي تجاري داراي يك كارآيي 15 درصدي تبديل نور خورشيد به انرژي است. در شرايط تحقيقاتي يا آزمايشي اين ضريب كارآمدي به 25 درصدي نيز رسيده است.
باتري‌ها يا سلول‌هاي خورشيدي كه به‌صورت ورقه‌هاي نازكي هستند از رسوب لايه‌هاي بسيار نازك از مواد حساس به نور روي يك زمينه ارزان قيمت مانند شيشه، فولاد ضدزنگ يا آلومينيوم ساخته مي‌شوند. مدول‌هاي ورقه نازك داراي هزينه‌هاي توليد پايين‌تري نسبت به فناوري كريستالي هستند اما در حال حاضر اين فناوري با ضريب‌هاي كارآمدي بسيار پايين‌تر (13ـ5 درصد) كار مي‌كنند. بازار در شرايط تحقيقاتي ضريب كارآمدي در حد بالاي 20 درصد به‌دست آمد. هم‌اكنون مدول چهار ورقه نازك تجاري آن موجود است. اين مدول‌ها سيليسيم بي‌شكل (a-Si)، كادميوم تلوريت (cdte)، مس اينديوم/ گاليوم ديس الزايد/ دي‌سولفيد (CIS, CIGS) و باتري‌هاي چند تماسي (a-Si/m-Si) هستند اما استفاده از اينديوم و كادميوم از نظر تامين يا دستيابي و مصرف و دفع مواد داراي مشكلات زيست‌محيطي است.
فرآيند توليد باتري‌هاي سيليسيمي بسيار پرهزينه است كه يك نگاه سريع به فرآيند توليد آن دليل آن را مشخص خواهد كرد:
ابتدا كوارتز مرغوب و كيفي به سيليسيم نوع متالورژيكي احيا شده و با استفاده از اسيد كلريدريك به سيليسيم نوع خورشيدي تبديل مي‌شود. سيليسيم نوع خورشيدي داراي درجه خلوص يك ppma (يا شش 9) در مقايسه با سيليسيم نوع الكترونيكي (براي نيمه هادي‌ها) است. از خاصيت ويژه خورندگي اسيد كلريدريك براي رسيدن به اين هدف استفاده مي‌شود و اين بدين معني است تجهيزاتي كه از فولاد ضدزنگ ساخته شده‌اند بايد مكررا عوض شوند.
در مرحله بعدي، فرآيند Sieman نيز بسيار انرژي‌بر است كه براي ايجاد واكنش و توليد پلي سيليسيم با درجه خلوص بالا در درجه حرارت تقريبي 1150 درجه سانتيگراد، يك جريان الكتريكي را از يك ميله سيليسي با درجه خلوص بالا عبور مي‌دهند. سپس سيليسيم در بوته‌هاي كوارتز با درجه خلوص بالا در حرارت 1400 درجه سانتيگراد ذوب شده و سپس با استفاده از يك كريستال كوچك سيليسيم در حد يكدانه كريستاله يا متبلور شده كه چرخانيده مي‌شود تا شمش (ingot) استوانه‌اي يا سيلندري توليد كند.
اين كنده يا شمش به يك مربع تبديل مي‌شود كه 25 درصد آن تلف مي‌شود و سپس شمش مربع به ورقه‌هاي برش داده مي‌شود. برش دادن يا قاچ كردن بسيار آهسته انجام مي‌شود كه نياز به چندين ساعت وقت دارد و حتي با وجود اره چندتيغه‌اي (سيم برش) و افت شمش به‌صورت خاك اره تا 30 درصد كار به كندي انجام مي‌شود. برش يا قاچ كردن يكي از پرهزينه‌ترين مراحل در فرآيند توليد ورقه نازك سيليس است.
سرانجام اينكه اين ورقه‌هاي نازك (ويفر) پوليش و تميز شده و كاملا آماده استفاده براي توليد باتري مي‌شود. احتمالا ورقه‌هاي نازك سيليس بالغ بر 50 درصد هزينه توليد مدول PV را دربر مي‌گيرد. برق زيادي براي توليد ورقه‌هاي نازك سيليس لازم است كه عامل بازدارنده ديگري براي توليد زياد يا صنعتي آن است مگر اينكه روش ارزان‌تري ابداع و ايجاد شود.
اما تحقيقات باتري‌هاي خورشيدي سريعا رو به تكامل است كه به‌زودي مواد و فرآيندهاي خاصي به‌وجود خواهد آمد كه مصرف انرژي و هزينه‌هاي توليد آن را كاهش خواهد داد.
تكنولوژي‌هاي در حال تكامل
در حال حاضر تكنولوژي‌هاي ديگر PV مانند باتري‌هاي متمركز شده (CSP) در حال تكامل است كه از كلكتورهاي متمركزي ساخته مي‌شود و با استفاده از يك عدسي نور خورشيد را بر روي باتري‌ها يا سلول‌ها متمركز مي‌كنند. در اين روش از باتري‌هاي PV استفاده مي‌شود كه كارآمدي آن بين 20 تا 30 درصد است.
تحول ديگر ساخت باتري‌هاي انعطاف‌پذير است كه آنها در پلاستيك‌هاي نازكي قرار مي‌دهند كه كاربردهاي جديد و زيادي در بخش ساختماني و مصرف‌كنندگان نهايي خواهد داشت.
مواد و فرآيند توليد PV از كوارتز تا باتري‌هاي خورشيدي
كوارتز (Sio2) در كوره قوس الكتريكي در حرارت تقريبي 1900 درجه سانتيگراد تبديل به سيليس نوع متالورژي (خلوص 99 درصد) مي‌شود كه اسيد كلريدريك بدان اضافه مي‌كنند تا SiHcl3 به‌دست آيد و پس از آن با تقطير اين ماده آن را خالص مي‌كنند. ماده خالص تري كلروسيلان در حرارت 1100 درجه سانتيگراد در فرآيند Siemans به سيليسيم چند بلوري تبديل مي‌شود و سپس اين ماده در 1500 درجه حرارت سانتيگراد با استفاده از بوته‌هاي كوارتز با درجه خلوص بالا (سيليس گداخته)، سيليسيم تك‌بلوري به‌دست مي‌آيد. با برش و صيقلي كردن (SIC) و افت ماده سيليسيم تك بلوري ورقه‌هاي نازك سيليس توليد مي‌شود كه در درجه حرارت تقريبي 900 درجه سانتيگراد باتري يا سلول به‌دست مي‌آيد كه نخستين نسل باتري‌هاي ورقه نازك سيليسي توليد مي‌شود.
كمبود پلي سيليكون
يكي از موانع بر سر راه زنجيره توليد عرضه اندك پلي سيليكون است و همانند چهار سال پيش در حال حاضر فقط 7 توليدكننده وجود دارد ولي طي سه سال گذشته تعداد توليدكنندگان پلي سيليكون كه به ثبت رسيده‌اند به دو برابر افزايش پيدا كرده است و واحدهاي توليد جديدي در آلمان، چين و تايوان به ثبت رسيده است.
علاوه بر اين تعداد ديگري توليدكننده وجود دارد كه سعي مي‌كنند كارخانه‌اي را در چين خريده و از آن بهره‌برداري كنند. اگر تمامي پروژه‌ها به مرحله توليد برسند، سپس توليد پلي سيليكون در ظرف دو سال آينده تا 80 درصد رشد خواهد داشت. اين رشد سريع‌تر از رشد پيش‌بيني شده براي مدول‌ها بوده و بايد شرايط عرضه را آسان كند و قيمت‌هاي مدول را كمتر كند. تا پايان سال 2009 يا اوايل 2010 بايد كمبود پلي سيليكون برطرف شود.
پس از اينكه ظرفيت‌هاي مازاد به بهره‌برداري رسيد، قيمت‌هاي پلي سيليكون در بازار نقد از 475 دلار در هر كيلوگرم به 400 دلار در هر كيلوگرم در ظرف چند ماه اخير كاهش پيدا كرد اما اكثر قراردادهاي پلي سيليكون بلندمدت است و بنابراين كاهش قيمت‌ها براي مدتي به مدول‌ها سرايت نخواهد كرد. توليد پلي سيليكون نيازمند سرمايه‌گذاري بالايي در كارخانه‌هاست كه تعداد دست‌اندركاران بازار آن را در مقايسه با توليد باتري و مدول محدود كرده است. براي فرآيندهاي پايين‌دستي (توليد سلول و مدول) نياز به سرمايه‌گذاري و انعطاف‌پذيري كمتري براي تعديل در عرضه و پاسخگويي به تغييرات تقاضا است.
كمبود سيليسيم و نياز به تكنولوژي برتر
يكي از نتايج كمبود پلي سيليكون رشد تكنولوژي ورقه نازك PV بوده است كه در حال حاضر جايگاه خود را به‌عنوان يك جايگزين استحكام مي‌بخشد. پيش‌بيني مي‌شود كه تكنولوژي‌هاي ورقه نازك براساس تلوريت كادميم Cdte)، CIGS) و سيليسيم بي‌شكل يا آمورف رشد بيشتري كند تا هر كدام بتواند پاسخگوي بخش‌هاي مختلف بازار باشد.
در سال 2005 تكنولوژي ورقه نازك كمتر از 5 درصد كل ظرفيت PV را نمايندگي مي‌كرد كه حدودا معادل 90 مگاوات است. تخمين زده مي‌شود كه در سال 2010 به 20 درصد يا 4 گيگاوات و در سال 2013 به 25 درصد يا 9 گيگاوات افزايش داشته باشد.
افزايش ظرفيت PV
ظرفيت توليد باتري‌هاي خورشيدي سريعا رو به افزايش است تا بتواند پاسخگوي تقاضاي آن باشد. در اروپا تحقيقات انجام شده توسط انجمن صنعت فتوولتاژي اروپا (EPIA) نشان مي‌دهد كه احتمالا ظرفيت توليد در كنار زنجيره ارزشي مجموعا نرخ رشد سالانه 30ـ20 درصدي طي 5 سال آينده تا سال 2013 به‌دست آيد.
از نظر كل ظرفيت، آلمان داراي بالاترين ظرفيت نصب شده برق خورشيدي است كه كل توليد آن 5308 مگاوات است كه تقريبا 1500 مگاوات آن در سال 2008 نصب شده است. توليدكننده بزرگ دوم در جهان اسپانياست كه ظرفيت نصب شده آن 2973 مگاوات است. اسپانيا در سال 2008 افزايش ظرفيت زيادي به‌ميزان 2281 مگاوات يا حدود 75 درصدي را تجربه كرده است.
ژاپن توليدكننده مهم ديگر انرژي خورشيدي با ظرفيت تقريبي 2173 مگاوات است حال آنكه آمريكا داراي ظرفيت 342 مگاواتي است. چين و آلمان بزرگترين مصرف‌كنندگان انرژي حرارتي خورشيدي براي گرم كردن آب هستند، حال آنكه آمريكا داراي بيشترين واحدهاي CSP در جهان است.
بازار جهاني PV ـ سال 2008 سالي پربار و موفقيت‌آميز
در سال 2008 تقاضا براي پانل‌ها يا صفحات خورشيدي رشد چشمگيري داشته است كه دليل اصلي آن رشد به ثبت رسيده در اسپانيا بود كه حدودا نصف ظرفيت‌هاي نصب شده جديد در اروپاست. ديگر بازارهاي عمده ژاپن، آلمان و آمريكا هستند كه سال گذشته بازارهاي جديدي مانند كره‌جنوبي، ايتاليا و فرانسه نيز ظهور كردند.
براي چندين سال آلمان به‌صورت سنتي بزرگترين بازار در اروپا بود اما سال گذشته اسپانيا بالغ بر 45 درصد بازار جهاني و 56 درصد از 4503 مگاوات بازار اروپا را به‌خود اختصاص داد. اما EPIA پيش‌بيني مي‌كند كه آلمان مجددا از اسپانيا پيشي خواهد گرفت چون داراي خط‌مشي‌هاي مطلوبي است در حالي‌كه كشورهاي ديگري مانند جمهوري چك، بلغارستان، بلژيك، پرتغال و يونان در حال تدوين سياست‌هاي دولتي جامعي هستند كه بايد تقاضا را افزايش دهد.
صنعت PV به مكانيسم‌هاي حمايت دولت‌ها نياز دارد و به‌كارگيري، تغيير و حذف اين مكانيسم‌ها مي‌تواند نتايج مهمي در صنعت PV به‌بار آورد. به‌عنوان مثال در اروپا دولت‌هاي آلمان و اسپانيا از انگيزه‌هاي نصب باتري‌هاي خورشيدي خود كاسته‌اند.
در آلمان ميزان تعرفه‌هاي باتري‌هاي خورشيدي با 10 درصد كاهش به 2/34 تا 8/48 سنت به ازاي هر كيلووات ساعت تنزل پيدا كرد. در اسپانيا تعرفه‌هاي مواد اوليه PV افزايش يافته و انگيزه‌هاي نصب باتري‌هاي خورشيدي به 500 مگاوات محدود شد. اين اقدامات مي‌تواند مانع پيشرفت رشد انفجاري اين صنعت در بازار اسپانيا كه در سال 2008 شاهد آن بوديم، شود.
اوايل امسال انجمن صنعت فتوولتاژي اروپا پس از بررسي‌هاي لازم دو سناريوي مختلف بازار را در آينده براي صنعت PV مطرح كرد:
يكي از اين سناريوها براساس رشد معتدل و ديگري سناريويي برمبناي خط‌مشي است بدين مفهوم كه خط‌مشي‌هاي دولت‌ها بايد حامي صنعت PV باشد كه مي‌توان به حمايت‌هايي چون كاهش تعرفه‌ها (FiT) در اغلب كشورها اشاره كرد.
طبق پيش‌بيني‌هاي انجمن مذكور (EPIA) بازار جهاني مي‌تواند در چارچوب سناريوي خط‌مشي دولت‌ها به توليد 22 گيگاوات دست پيدا كند كه كل رشد سالانه (CAGR) 32 درصدي در ظرف 5 سال آينده به‌دست خواهد آمد. نرخ رشد معتدل‌تر (به‌دليل يك CAGR موثر) 17 درصدي طي همين دوره به‌دست خواهد آمد كه كل توليد در بازار به 12 گيگاوات خواهد رسيد.
آمريكا سردمدار CSP
در سال 2008 كل ظرفيت انرژي خورشيد با 1265 مگاوات رشد يا افزايش به 9183 مگاوات رسيد. ميزان اين رشد در سال 2007 نيز 1159 مگاوات بود و به نظر مي‌رسد كه مجددا امسال نيز در همين سطح رشد داشته باشد.
بيان اين مطلب به عبارت ديگر اين است كه يك مگاوات ظرفيت الكتريكي خورشيدي (PV و CSP) تا حدي است كه مي‌تواند برق 150 تا 250 خانه را تامين كند. بنابراين مصرف انرژي خورشيدي در مقايسه با ديگر روش‌هاي توليد برق در مرحله آغازين رشد است اما داراي پتانسيل زيادي خصوصا از نظر هزينه و اقتصادي بودن مي‌باشد.
صنعت آمريكا با تصميم‌گيري‌هاي اخير در زمينه خط‌مشي حمايت از انرژي‌هاي جايگزين قدرت بيشتري پيدا كرده است. قانون ثبات فوري اقتصادي (EESA) كه در اكتبر سال 2008 به تصويب رسيد به صنعت اين امكان را مي‌دهد تصميم‌گيري‌هاي بلندمدتي را براي خود در زمينه سرمايه‌گذاري و برنامه‌ريزي اتخاذ كند.
طبق قانون فوق‌الذكر 30 درصد اعتبار مالياتي به مدت 8 سال به سرمايه‌گذاري در زمينه توليد انرژي خورشيدي اختصاص داده و همچنين در حال حاضر خدمات عمومي (آب، برق و گاز) از اين اعتبار استفاده مي‌كنند. علاوه بر اين از اقدامات ديگر حذف 2 هزار دلار سقف براي نصب PV در ساختمان‌هاي مسكوني است.
اقدام مثبت واقعي بعدي براي صنعت باتري‌هاي خورشيدي در آمريكا تصويب قانون بازيافت و سرمايه‌گذاري مجدد (ARRA) است كه در فوريه 2009 تصويب شد. اين قانون داراي يك بسته محرك اقتصادي است كه استفاده از انرژي خورشيدي را در آمريكا براي منازل و شركت‌ها جذاب و مقرون به‌صرفه مي‌كند.
در قانون ARRA يك صندوق ايجاد شد كه 600 هزار ميليون دلار وام خصوصا براي پروژه‌هاي انرژي بازيافتي و انتقال آن در اختيار سرمايه‌گذاران قرار داده و نيز حدودا 5500 ميليون دلار در اختيار دولت قرار مي‌دهد تا در پروژه‌هاي كاهش مصرف و بازيافت انرژي سرمايه‌گذاري كند.
علاوه بر اين، طبق اين قانون يك برنامه اعطاي موقتي وام در نظر گرفته شده است كه مشتريان خورشيدي تجاري 30 درصد از هزينه نصب تجهيزات خورشيدي خود را به‌صورت نقد دريافت مي‌كنند. تمامي اين قوانين طي دوران ركود از فشار اقتصادي وارد بر صنعت باتري‌هاي خورشيدي كم كرده و از مشكلات تامين منابع مالي پروژه مي‌كاهد.
با توجه به تمامي اين حمايت‌ها و تسهيلات، بازار PV در آمريكا تا سال 2013 مي‌تواند 5/4 گيگاوات برق توليد كند كه بزرگترين بازار در جهان خواهد بود. يكي از موانعي كه صنعت آمريكا از آن رنج مي‌برد درخواست براي احداث تاسيسات خورشيدي روي زمين‌هاي دولتي بود كه توسط دفتر مديريت زمين صادر مي‌شد و اين مسئله پس از ايجاد مشكلاتي مرتفع شد. به هرحال موضوع دستيابي به زمين مسئله مهمي براي اين صنعت شده است چون كارخانه‌هاي CSP زيادي به مرحله بهره‌برداري مي‌رسند.
با توجه به اينكه بعضي از اين پروژه‌ها روي زمين بخش خصوصي احداث مي‌شود، بيشترين زمين‌هايي كه براي احداث باتري‌هاي خورشيدي در نظر گرفته شده‌اند توسط دفتر مديريت زمين مديريت مي‌شود.
بيشترين مشكلات زمين مربوط به مسائل زيست‌محيطي و اكوسيستم است كه تا سال 2010 نهايي خواهد شد.
كاهش قيمت‌ها در سال 2008
در اوايل سال 2008 با كمبود عرضه PV قيمت‌هاي آن بالا رفت. اين وضعيت موجب سرمايه‌گذاري سنگيني در زمينه توليد سيليسيم و توليد باتري‌هاي خورشيدي و ساخت مدول شد كه عرضه را در جهان افزايش داد. سپس در سه ماهه سوم، توليد مازاد و تغيير در بازار اروپا باعث شد كه قيمت‌ها رو به كاهش بگذارد.
اين شرايط موجب تحرك در توليدكنندگان شد اما علاوه بر اين باعث كاهش هزينه‌هاي نصب نيز شد چون معمولا مدول‌ها بالغ بر 50 درصد هزينه سيستم‌هاي PV را دربر مي‌گيرند. اين وضع منتج به استمرار قيمت‌هاي پايين‌تر شده كه احداث واحدها را از نظر مالي تسهيل كرده و تقاضا را در بلندمدت افزايش خواهد داد.
تا پايان سال 2008 قيمت‌هاي مدول معمولا 5/3 دلار به ازاي هر Wp (برق پيك شدت خورشيدي) و سيستم‌هاي خورشيدي نصب شده 7 دلار در هر Wp بود كه به الكتريسيته تبديل مي‌شد و حدودا بيش از 5 برابر گرانتر از برق توليد شده توسط سوخت‌هاي فسيلي است.
از ابتداي سال 2009، قيمت‌هاي مدول PV، 10 تا 20 درصد كاهش يافته و پيش‌بيني مي‌شود كه 10 تا 20 درصد ديگر تا سال 2010 كاهش پيدا كند و در نتيجه قيمت آن ارزان‌تر مي‌شود.
اما با وجود همه خوشبيني‌ها و پيش‌بيني‌ها رشد، بهتر اين است كه براي اين صنعت در آينده براي توليد برق برنامه‌ريزي كنيم. در مقايسه با ديگر اشكال انرژي‌هاي تجديدپذير مانند برق نيروگاه‌هاي آبي و بادي، استفاده آن نسبتا از اهميت پايين‌تري برخوردار است (عمدتا به‌دليل هزينه‌هاي آن).
در سال 2008 ميزان منابع تجديدپذير انرژي بالغ بر 4/3 تريليون كيلووات ساعت شده و به 18 درصد توليد جهاني رسيد. از اين ميزان 88 درصد مربوط به برق آبي، 3 درصد بادي و 9 درصد به ديگر منابع از جمله زمين گرمايي (geothermal)، توده بيولوژيكي (biomass)، سوخت‌هاي بيولوژيكي (biofuels)، امواجي و خورشيدي تعلق دارد. EIA پيش‌بيني مي‌كند كه تا سال 2030 سهم برق قابل بازيافتي 21 درصد، برق آبي 70 درصد، برق بادي 18 درصد و الباقي مربوط به ساير منابع خواهد بود.
معهذالك، صنعت PV امروزه در مناطق دورافتاده‌اي كه مشكلات ارتباطاتي دارد از نظر اقتصادي كاربرد پيدا كرده است. پتانسيل زيادي براي كاربرد در ايستگاه‌هاي تقويتي گوشي‌‌هاي موبايل دارد كه برق آن توسط سيستم‌هاي هيبريدي يا PV تامين مي‌شود. سيستم‌هاي هيبريدي زماني وجود دارد كه انرژي خورشيدي به منبع ديگر الكتريسيته مانند ژنراتور توده بيولوژيكي (biomass)، توربين بادي، ديزل يا شبكه متصل باشد.
كاربردهاي بالقوه ديگر آن شامل علائم ترافيكي، تجهيزات ناوبري كمكي، نوررساني راه دور و تلفن‌هاي ايمن هستند. كاربردهاي خارج از شبكه مانند تامين برق روستاها خصوصا زماني كه باتري‌هاي خورشيدي قيمت مناسب و ارزاني داشته باشند.
بزرگترين مشكل براي توسعه بيشتر استفاده از باتري‌هاي خورشيدي هزينه آن است كه اميد مي‌رود تا سال 2020 با ارزان‌تر شدن آن در همه جاي اروپا مورد استفاده قرار گيرد.
مصرف مواد معدني در ساخت باتري‌هاي خورشيدي
تقريبا مواد معدني يا مينرال‌هاي كمي در باتري‌هاي خورشيدي مصرف مي‌شوند و امروزه حجم آن نسبتا پايين است. كاني‌هايي كه استفاده مي‌شوند عبارتند از: كوارتز به‌عنوان مواد اوليه توليد ورقه‌هاي نازك سيليسيم و موادي كه در توليد شيشه استفاده مي‌شوند مانند نمك قليا، فلداسپار اكسيد سيليسيم.
دو مواد معدني مهمي كه در ساخت PV استفاده مي‌شوند سيليس گداخته (Fused Silica) و كربور سيليسيم (SiC) هستند.
ماسه گدازيده يا اكسيد سيليسيم شيشه‌اي (Fused Silica)
ماسه گدازيده مهمترين ماده معدني است كه در ساخت بوته‌ها استفاده مي‌شود كه در درون آن فلز سيليس در درجه حرارت 1400 درجه سانتيگراد قبل از تبلور، ذوب مي‌شود. شركت Vesuvius بزرگترين توليدكننده بوته‌هاي ماسه گدازيده است كه در چين نيز فعاليت توليدي دارد.
كربورسيليسيم
در يكي از گرانترين يا پرهزينه‌ترين بخش‌هاي توليد باتري PV، كربورسيليسيم به‌عنوان يك ساينده در سيم برش يا اره برشي براي قاچ دادن ورقه نازك سيليس و صيقل‌كاري آن استفاده مي‌شود چون شمش سيليس بايد به ورقه‌هاي نازكي برش داده شود.
در سال 2008 قبل از بحران بازارهاي سنتي كربورسيليسيم مانند نسوزها و ساينده‌ها مواجه با سناريوي تغيير عرضه مواد اوليه شد چون كاربردهاي مواد اوليه جديد با ارزش افزوده بالاتر مانند سيم برش سيليسيمي براي ساخت PV رو به افزايش گذاشت. اين كاربردها موجب افزايش تقاضا براي اين فلز شده و در نتيجه عرضه با نقصان روبه‌رو شد.
اما به هرحال شرايط بحران اقتصادي به‌طور موقتي شرايط را متوقف كرده است چون تقاضا براي انواع گريدهاي كربورسيليسيم در صنايع نسوز و سمباده‌ها كاهش يافته است. توليدكنندگان كربور سيليسيم نگران آينده PV و تقاضاي آن براي CIS (كربور سيليسيم) هستند و درصدد سرمايه‌گذاري در بخش تحقيق و توسعه و نيز افزايش ظرفيت‌هاي توليد خود هستند تا انواع مناسب آن را با گريدهاي مختلف توليد كنند. نوع دانه‌بندي آن در توليد انواع اره‌ها يا سيم برش‌ها استفاده مي‌شود. به‌عنوان مثال بخش كربورسيليسيم شركت Saint Gobain فرانسه در زمينه كاهش هزينه‌ها و توليد انواع ماسه سنگ براي سيم‌هاي برش كه اين صنعت در آينده بدان نياز خواهد داشت فعاليت‌هاي تحقيق و توسعه انجام مي‌دهد.
شركت مذكور نقشه راه PV را براي 5 تا 10 سال آينده تدوين مي‌كند. اين شركت پيش‌بيني مي‌كند كه ضخامت ورقه نازك سيليسي بايد كاهش بيشتري پيدا كند تا هزينه و قيمت توليد باتري‌هاي خورشيدي را بهبود بخشيده و كارآيي آن را بالا ببرد و به‌طور فعالي در زمينه اثر ماسه‌سنگ سيم برش، ميزان برش، تغييرات ضخامت، خمش، پيچش، آسيب زيرسطح، سيستم‌هاي توليد و قابليت بازيافت آن را بررسي و مطالعه مي‌كند.
news.imidro.org