La macchina solare cinese

Dieci anni fa, i pannelli solari venivano prodotti principalmente negli Stati Uniti, in Germania e in Giappone. I produttori cinesi non ne hanno prodotto quasi nessuno. Ma nel 2006, la società cinese Suntech Power aveva la capacità di produrre oltre un milione di pannelli solari a base di silicio all'anno ed era già il terzo produttore mondiale. Oggi i produttori cinesi producono circa 50 milioni di pannelli solari all'anno, oltre la metà della fornitura mondiale nel 2010 e comprendono quattro dei cinque principali produttori di pannelli solari al mondo. Ciò che lo rende particolarmente impressionante è che altrove l'industria ha raddoppiato le sue dimensioni ogni due anni e i produttori cinesi hanno fatto ancora meglio, raddoppiando la loro produzione all'incirca ogni anno.

Questo predominio non è dovuto alla manodopera a basso costo nelle fabbriche cinesi: la produzione di celle solari richiede attrezzature e materiali così costosi che la manodopera contribuisce solo per una piccola frazione del costo complessivo. Né perché le aziende cinesi hanno introdotto celle che durano più a lungo o producono più energia: in linea di massima, producono lo stesso tipo di pannelli solari a base di silicio di molti dei loro concorrenti in tutto il mondo, utilizzando le stesse apparecchiature. Ci sono riusciti in gran parte perché è più veloce ed economico per loro costruire fabbriche, grazie a squadre di costruzione economiche ed efficienti e al processo di autorizzazione semplificato della Cina. Le nuove fabbriche dispongono delle attrezzature più moderne ed efficienti, che aiutano a ridurre i costi. Così fanno le efficienze che derivano dalle dimensioni. Di conseguenza, i produttori cinesi sono stati in grado di battere altri produttori di pannelli solari in silicio e deludere le speranze di molti nuovi arrivati ​​che speravano di introdurre una nuova tecnologia.

Questa storia faceva parte del nostro numero di gennaio 2012

• Vedi il resto del problema
• sottoscrivi

Ma il mercato del solare è in rapida evoluzione e le innovazioni tecnologiche stanno diventando sempre più essenziali. Nonostante la domanda di energia solare continui a crescere in tutto il mondo, il mercato è invaso da pannelli fotovoltaici: la capacità produttiva mondiale è più che raddoppiata dal 2009 al 2010 e ha continuato ad aumentare nel 2011. L'eccesso di capacità è stato così grande che lo scorso autunno i produttori cinesi hanno avuto problemi vendere pannelli solari per più di quanto costa realizzarli. In un mercato del genere, il modo per differenziare il tuo prodotto e caricare abbastanza per rimanere a galla è renderlo migliore di quello dei tuoi concorrenti.

Per i produttori di energia solare di oggi, ciò significa inventare celle più efficienti nel convertire la luce in elettricità. Poiché il prezzo dei pannelli solari è diminuito, i costi di installazione sono arrivati ​​a rappresentare una percentuale maggiore del costo dell'energia solare. I clienti vogliono pannelli più potenti, in modo da poterne installare meno. D'ora in poi, il modo migliore per i produttori cinesi di ridurre il costo per watt dell'energia solare potrebbe non essere quello di abbassare i costi di produzione ma, invece, di aumentare il numero di watt generati da ciascun pannello. Il gioco sta cambiando, afferma Mark Pinto, vicepresidente esecutivo delle soluzioni per l'energia e l'ambiente presso Applied Materials a Santa Clara, in California, il più grande fornitore mondiale di apparecchiature per la produzione di energia solare. Prima era tutta una questione di scala. Ora si tratta di efficienza di conversione mantenendo bassi i costi.

Questa potrebbe sembrare una cattiva notizia per i produttori cinesi che si sono concentrati sull'aumento della tecnologia standard. Ma la loro esperienza nella costruzione di pannelli solari convenzionali potrebbe aiutarli a implementare nuovi progetti che migliorano significativamente le prestazioni delle celle solari al silicio. Nel corso degli anni, questi produttori hanno in parte ridotto i costi sviluppando modi migliori per produrre le celle. Questo ha dato loro una comprensione di cosa funziona e cosa no in fabbrica. Hanno anche il capitale e gli ingegneri per aiutarli a tradurre le nuove tecnologie nella produzione di massa. Potrebbero non aver inizialmente deciso di commercializzare quelle tecnologie, ma ora, avendo dominato il mercato dei pannelli solari convenzionali, sono pronti a fare proprio questo.

MANTENERE IL PASSO

Nel 2010, quando il segretario all'Energia degli Stati Uniti, Steven Chu, tenne un discorso al National Press Club esponendo la sua tesi secondo cui gli Stati Uniti erano in ritardo nella produzione avanzata, Suntech Power era la sua prova A. Aveva visitato la sua fabbrica e era impressionato da ciò che aveva visto. È una fabbrica automatizzata ad alta tecnologia, ha detto. Non sta avendo successo a causa della manodopera a basso costo. Non solo, ha osservato, ma Suntech ha sviluppato un tipo di cella solare con un'efficienza da record mondiale.

Più avanti

Ingrandisci grafico.

La valutazione di Chu potrebbe aver sorpreso alcuni osservatori, ma le celle solari da record di Suntech sono degno di nota. La tecnologia che li contiene sfrutta i cambiamenti sia nel design che nella tecnica di produzione. Le linee metalliche conduttive che raccolgono la carica elettrica dal silicio non sono create con metodi serigrafici, come è standard. Invece, Suntech utilizza un processo proprietario per depositare linee molto più sottili e più ravvicinate che sono più efficienti nell'estrazione di elettricità dalle celle. I cambiamenti hanno permesso all'azienda di raggiungere i livelli di efficienza e le riduzioni dei costi che una road map del settore pubblicata nel 2011 aveva fissato come obiettivi per il 2020. Quando metti insieme tutte queste cose, non stiamo solo facendo meglio di quello che fanno le persone ora, afferma Stuart Wenham, chief technology officer di Suntech. Stiamo anche facendo meglio di quello che pensano di poter fare in 10 anni.

Finora, Suntech ha realizzato relativamente pochi pannelli solari basati sulla nuova tecnologia. Invece, ha concentrato le sue risorse sulla messa a punto dei processi di produzione per ridurre il costo di produzione di pannelli solari in silicio convenzionali. Ma questo potrebbe presto cambiare. Quest'anno Suntech ha iniziato ad aumentare la produzione delle nuove celle e ora può produrne abbastanza all'anno per generare 500 megawatt di energia, circa 2,5 milioni di pannelli solari. Questo risultato deve molto al successo dell'azienda come produttore di prodotti convenzionali.

La tecnologia alla base delle nuove celle è stata sviluppata negli anni '90 presso l'Università del New South Wales, in Australia, ma le tecniche utilizzate in laboratorio erano troppo costose per la produzione commerciale. Era un processo orribilmente sofisticato che includeva la fotolitografia, la deposizione sotto vuoto di metalli piuttosto esotici e tutti i tipi di processi chimici, afferma Wenham, che è anche a capo del programma di ricerca sul fotovoltaico all'UNSW ed è stato precedentemente professore del CEO e fondatore di Suntech, Zhengrong Shi. . Secondo Wenham, la tecnologia è rimasta una curiosità di laboratorio per decenni fino a quando i ricercatori di Suntech non hanno capito come adattarla a una catena di montaggio. Hanno escogitato un modo semplice ed economico per sostituire tutto ciò ottenendo gli stessi risultati, afferma. La nuova tecnologia potrebbe aumentare la potenza di un pannello solare di dimensioni standard da 205 watt a 220 watt o più, e le celle costano meno da produrre rispetto a quelle convenzionali.

Le singole parti della tecnologia hanno avuto rapidamente successo. Suntech li ha introdotti nelle sue linee di produzione standard, con l'obiettivo di rimanere un passo avanti rispetto ai suoi concorrenti in termini di costi ed efficienza. Scalare l'intero processo, tuttavia, è stata una sfida. Una linea di produzione pilota è stata avviata e funzionante nel 2009, ma l'azienda ha dovuto sviluppare e implementare nuove attrezzature per ottenere rendimenti e tassi di produzione al punto che il processo fosse economico. Qui la posizione di Suntech come leader di mercato con esperienza nello sviluppo di nuove apparecchiature di produzione si è rivelata fondamentale. Non solo l'azienda disponeva delle competenze necessarie per migliorare il processo; aveva anche i fondi per continuare a lavorare sulla tecnologia per anni senza che portasse entrate significative.

Suntech non è l'unico produttore cinese di energia solare a identificare nuove tecnologie promettenti e trovare modi per produrle su larga scala. Lo scorso settembre, Yingli Green Energy, con sede a Baoding, ha annunciato che una partnership con un centro di ricerca olandese, ECN, aveva prodotto pannelli solari in grado di convertire il 17,6% dell'energia della luce solare in elettricità; la media è di poco superiore al 14%. ECN ha reso la tecnologia disponibile a chiunque nel mondo la volesse, afferma Wenham. Eppure è stato solo Yingli che ha preso quella tecnologia e ha capito come realizzarla in una produzione su larga scala, a basso costo.

VANTAGGIO DEL MATERIALE

Anche ora che i produttori cinesi di energia solare stanno spostando l'attenzione dalla produzione all'innovazione, potrebbero esserci dei limiti a ciò che possono fare con il materiale scelto, il silicio cristallino. Questo materiale è attraente perché l'industria sa come lavorarci, grazie in parte a decenni di ricerca sui microchip di silicio. Ma rispetto ad altri semiconduttori, è pessimo nell'assorbire la luce solare. Alcune alternative, come l'arseniuro di gallio, possono essere trasformate in pellicole di materiale in grado di generare la stessa quantità di elettricità di una tipica cella di silicio, ma con uno spessore pari solo a un centesimo, riducendo potenzialmente i costi del materiale. Tali film sottili possono anche essere flessibili: possono essere arrotolati, riducendo i costi di imballaggio e spedizione, e possono essere incorporati nelle tegole del tetto per ridurre i costi di installazione.

Eppure, nonostante i loro potenziali vantaggi, è stato difficile per le celle solari a film sottile competere con i costi sempre più bassi e il miglioramento dell'efficienza di quelle in silicio cristallino. Una società, la First Solar con sede in Arizona, è riuscita a sviluppare tecniche di produzione a basso costo per pannelli solari a film sottile, ma questi metodi utilizzano un materiale, il tellururo di cadmio, che si traduce in pannelli meno efficienti di quelli in silicio. Altre aziende hanno cercato di competere con il silicio utilizzando pannelli a film sottile di seleniuro di rame indio e gallio ad alta efficienza. Alcuni di loro, tuttavia, hanno dovuto dichiarare bancarotta e chiudere le loro fabbriche dopo non essere riusciti ad abbassare i costi di produzione abbastanza velocemente.

Nonostante queste difficoltà, Wenham crede che la tecnologia a film sottile finirà per sfidare i pannelli solari convenzionali. Se questo è vero, i produttori cinesi di celle solari in silicio cristallino potrebbero non dominare il mercato per sempre. Ma la strategia di aumentare prima la tecnologia convenzionale e poi di introdurre progetti innovativi per continuare a ridurre il costo per watt dell'energia solare li ha messi in una buona posizione per mantenere il loro vantaggio per anni. Nel frattempo, alcuni, come Suntech, stanno lavorando per produrre i propri pannelli a film sottile. Quando i film sottili sostituiscono il silicio cristallino, potrebbero essere i produttori cinesi a produrli.

Kevin Bullis è Revisione della tecnologia Senior Editor per l'energia.

nascondere