Η τεχνολογία

Οι κβαντικές κουκκίδες είναι μικροσκοπικές σφαίρες ημιαγώγιμου υλικού που, σύμφωνα με το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας των ΗΠΑ, μπορούν να διπλασιάσουν την απόδοση μετατροπής ηλιακού φωτός σε ενέργεια.

Η τεχνολογία επόμενης γενιάς αξιοποιεί ευρύτερο φάσμα ηλιακής ακτινοβολίας σε σχέση με τα συμβατικά πάνελ χάρη στο φαινόμενο κβαντικού περιορισμού – με απλά λόγια, «αποσπά» περισσότερη ενέργεια από κάθε φωτόνιο.

Οι ερευνητές θεωρούν εδώ και χρόνια τις κβαντικές κουκκίδες ελπιδοφόρες για την ενεργειακή μετάβαση. Μέχρι σήμερα η κύρια εμπορική τους εφαρμογή ήταν στις τηλεοράσεις για την απόδοση πιο ζωντανών και ρεαλιστικών χρωμάτων (το Q σε πολλές QLED τηλεοράσεις σημαίνει quantum dot).

Το 2023, τρεις επιστήμονες τιμήθηκαν με το Νομπέλ Χημείας για την αξιοποίηση δεκαετιών θεωρίας γύρω από τις κβαντικές κουκκίδες στην πράξη, ανοίγοντας τον δρόμο για μαζική παραγωγή.

Αν και προς το παρόν δεν είναι αρκετά εξελιγμένες ώστε να αντικαταστήσουν εξ ολοκλήρου τα συμβατικά πάνελ πυριτίου, χρησιμοποιούνται πλέον συμπληρωματικά για ενίσχυση της απόδοσης, εξηγεί ο καθηγητής Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο Dmitri Talapin.

«Η ομορφιά της τεχνολογίας αυτής είναι ότι μπορεί να παραχθεί με πολύ χαμηλό κόστος και να εφαρμοστεί σαν μπογιά πάνω στα πάνελ πυριτίου, βελτιώνοντας την απόδοσή τους» λέει.

Υπερδιπλασιασμός

Υστερα από χρόνια εργαστηριακών δοκιμών, η First Solar θα αρχίσει να προσθέτει στρώμα κβαντικών κουκκίδων της UbiQD στα διπλής όψης φωτοβολταϊκά της λεπτού φιλμ, με στόχο εμπορική κυκλοφορία στα τέλη του 2026.

Οι κουκκίδες θα τοποθετούνται αρχικά στην κάτω πλευρά κάθε πάνελ, για την απορρόφηση φωτός που ανακλάται από το έδαφος (στην επάνω πλευρά, οι υπάρχουσες κυψέλες ήδη αποδίδουν καλά). Σε κάποιες περιπτώσεις, οι κουκκίδες μπορούν να υπερδιπλασιάσουν την απόδοση αυτής της πλευράς, σύμφωνα με τον ιδρυτή και CEO της UbiQD, Hunter McDaniel.

«Σε εγκαταστάσεις κοινής ωφέλειας, ακόμη και μικρές αυξήσεις στην αποδοτικότητα της πίσω πλευράς μπορούν να έχουν μεγάλη επίδραση στην τελική παραγωγή ενέργειας» σχολίασε ο CTO της First Solar, Markus Gloeckler. «Είμαστε ενθουσιασμένοι με τη δυνατότητα των κβαντικών κουκκίδων να ενισχύσουν την απόδοση των μονάδων μας».

Στο πλαίσιο της συμφωνίας, η UbiQD ανακοίνωσε ότι σχεδιάζει να δημιουργήσει «μία από τις μεγαλύτερες εγκαταστάσεις παραγωγής κβαντικών κουκκίδων στον κόσμο» στις ΗΠΑ μέσα στον επόμενο χρόνο. Η κίνηση έρχεται σε μια δύσκολη συγκυρία για τη βιομηχανία ηλιακής ενέργειας στις ΗΠΑ, καθώς οι εταιρείες ανανεώσιμων αισθάνονται την πίεση της νέας πολιτικής του Τραμπ.

Η First Solar ήταν από τους κερδισμένους του Inflation Reduction Act του Μπάιντεν, αλλά πλέον βρίσκεται σε πιο αβέβαιη θέση εν μέσω στροφής σε πιο επιφυλακτικές, έως και κλιματικοσκεπτικιστικές, πολιτικές.

Πρόσφατα η εταιρεία αναθεώρησε προς τα κάτω τις προβλέψεις κερδών της και ανακοίνωσε μεγάλες απομειώσεις για μονάδες του εξωτερικού.

Το προβάδισμα

Παρ’ όλα αυτά, η συμφωνία υπογραμμίζει ένα σπάνιο τεχνολογικό προβάδισμα των ΗΠΑ έναντι της Κίνας στον τομέα της καθαρής ενέργειας.

«Οι ΗΠΑ εξερευνούν τεχνολογίες που μπορούν να τους δώσουν συγκριτικό πλεονέκτημα» σχολίασε ο Talapin, προσθέτοντας ότι η κυριαρχία της Κίνας στις παραδοσιακές τεχνολογίες έχει επιταχύνει την ανάγκη για καινοτομία στη Δύση.

Ωστόσο, πέρα από το αρνητικό πολιτικό κλίμα, οι κβαντικές κουκκίδες αντιμετωπίζουν και άλλες προκλήσεις ως τεχνολογία ηλιακής ενέργειας – κυρίως το πώς μπορούν να περάσουν από το εργαστήριο στην εμπορική κλίμακα.

«Πολλές εταιρείες έχουν φτιάξει φωτοβολταϊκές κυψέλες στο εργαστήριο με πολύ υψηλή απόδοση. Αυτό όμως είναι πολύ διαφορετικό από την εφαρμογή σε πραγματικές συνθήκες» σημειώνει η αναλύτρια της BloombergNEF, Jenny Chase.

Σε αυτό το πεδίο, οι κβαντικές κουκκίδες υστερούν σε σχέση με άλλες τεχνολογίες νέας γενιάς, όπως οι ηλιακές κυψέλες περοβσκίτη, οι οποίες έχουν κρυσταλλική δομή, υψηλή απόδοση και χαμηλό κόστος παραγωγής.

Η Oxford PV, για παράδειγμα, ήδη υλοποίησε έργο μεγάλης κλίμακας στις ΗΠΑ το 2024. Η εταιρεία, spin-off του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, υποστηρίζει ότι τα πάνελ της παράγουν έως και 20% περισσότερη ενέργεια από τα παραδοσιακά. Η Κίνα προηγείται και εδώ στην εμπορική αξιοποίηση των τεχνολογιών περοβσκίτη.

Ανησυχίες

Εν τω μεταξύ, υπάρχουν και περιβαλλοντικές ανησυχίες για τις κβαντικές κουκκίδες.

«Η πρώτη γενιά χρησιμοποιούσε βαρέα μέταλλα όπως κάδμιο και μόλυβδο, προκαλώντας έντονο προβληματισμό για την τοξικότητα» λέει ο Talapin, επισημαίνοντας τον κίνδυνο διαρροής στο υπέδαφος από κατεστραμμένα πάνελ.

Η UbiQD αναφέρει ότι οι κουκκίδες της – που αναπτύχθηκαν σε συνεργασία με το Εθνικό Εργαστήριο του Λος Αλαμος και το MIT – δεν περιέχουν κάδμιο, αλλά έναν μη τοξικό συνδυασμό χαλκού και ινδίου.

Η αλλαγή αυτή καθιστά την τεχνολογία πιο βιώσιμη και συνεπώς κατάλληλη για μαζική χρήση σε διάφορους κλάδους και περιοχές, λέει ο McDaniel. Μόνο η συμφωνία με τη First Solar αναμένεται να δημιουργήσει ετήσια ζήτηση για πάνω από 100 τόνους κβαντικών κουκκίδων – ποσότητα που ξεπερνά σημαντικά τη σημερινή παγκόσμια αγορά της οθονών, που φθάνει περίπου τους 40 τόνους.

«Οι κβαντικές κουκκίδες σύντομα δεν θα θεωρούνται τεχνολογία για οθόνες» δηλώνει. «Θα θεωρούνται τεχνολογία ηλιακής ενέργειας».

Πηγή: The Wall Street Journal