Resumen de la Tecnología PV Futura - 2 ª Edición | Reports

Revista de las tecnologías fotovoltaica futuras – 3rd Edition

Resumen

ENF presenta su tercera edición de la Revista de las tecnologías PV futuras con toda su amplitud y perspicacidad original.

La industria fotovoltaica es ahora un sector muy complejo que mueve rápidamente. En una década ha evolucionado de una industria formada con pequeñas empresas utilizando una tecnología fija a un sector que utiliza ahora cerca de treinta tecnologías diferentes, 300 laboratorios de investigación, universidades que rebroten los limites de la ciencia fotovoltaica y mas de 10 000 empresas comprometidas en todo los aspectos de la cadena de valor del fotovoltaico..

Para ENF, ha sido esencial incluir en la tercera edición las complejidades actuales y el ritmo de cambio del sector y eso solamente 18 meses después de la publicación de su segunda edición. El informe paso de cinco a doce secciones principales y el número de caracteres escritos ha doblado para llegar a 800 000; todo complementado con datos y análisis.

Este informe pone énfasis en la comercialización de las tecnologías fotovoltaicas. Es la revista la más completa disponible hoy. Su contenido se extiende de las minerías de polisilicio, indium y tellurium (con un acento particular puesto en los problemas de abastecimientos) a la maquina herramienta, los procesos de fabrica, las descripciones de las tecnologías y hasta el producto PV final, las aplicaciones y los sistemas. Provee no solo un estudio de la industria mundial sino también un análisis aun más profunda que los informes generales. Además, no tiene medio enunciar verdades a veces difíciles. Este informe es realmente pertinente. Fundado durante tres anos de esfuerzos proveídos por el equipo de investigación de ENF, el informe es totalmente actualizado y aprobado por directores FV de diferentes partes de la cadena de valor de la industria.

Contenido

PV Future Technologies Review	7
Introduction to the 3rd Edition	7
Part I - Economic Effects Shaping Technology Directions	8
Section Index	8
1. The Solar PV Market	8
1.1 Who are the real customers?	8
1.2 Solar powered “battery driven” products	9
1.3 Off grid solar powered applications	9
1.4 Off-grid electricity supply	9
1.5 Renewable generation of electricity for the electricity grids	10
1.6 Renewable micro-generation of electricity for the electricity grids	11
1.7 Building Integrated PV (BIPV) Market	11
2. Forces shaping the success/price of a PV technology	12
2.1 Technological Advantage v Economies of Scale	12
2.2 Strategy Rules for successfully getting new solar PV technologies to market	14
2.3 Funding Dynamics behind new technologies	15
3. The solar PV industry cost drive to grid parity	18
3.1 Cost of What?	18
3.2 Cost per Watt ($/Wp) of solar PV modules	18
3.3 Installed system cost	26
3.4 Levelized Cost of Electricity (LCOE)	28
4. Drive for Higher Efficiency	29
5. Efficiency - from Lab to Field	31
6. Do standard test conditions paint an accurate picture of “Efficiency”?	32
7. Impact of “Game Playing” on a more competitive PV industry	37
7.1 Manufacturers and Governments/Regulators	37
7.2 Manufacturers and Suppliers	38
7.3 Manufacturers and their Competitors	38
7.4 Manufactures and their Customers	39
8. The Risks of the Business - (Chaos Theory)	40
8.1 Risks facing all industries	40
8.2 Risks particular to the solar PV industry	41
8.3 Risks particular to a specific solar PV technology	42
8.4 Risks specific to the particular commercial enterprise	44
8.5 Risk Summary	45
9. What is Characterising the Solar PV Industry today	46
10. Forecasting Technology Progress over the next 5 Years	47
Part II - Review of Critical Materials	49
Section Index	49
1. General Introduction	49
2. Polysilicon	51
2.1 Introduction	51
2.2 Established Silicon Refining Technologies for polysilicon	51
2.3 Emerging Scene of Silicon Refining Technologies for polysilicon	55
2.4 Implications for the solar PV industry	60
2.5 Polysilicon Suppliers	61
3. Indium	62
3.1 General Introduction	62
3.2 Forces that will determine the market price of indium	62
3.3 Market Prices and Trends	68
3.4 Indium Suppliers	70
4. Tellurium	71
4.1 General Introduction	71
4.2 Forces Determining the Price of tellurium	71
4.3 Market Prices and trends	72
4.4 Tellurium Suppliers	73
5. Gallium	74
5.1 General Introduction	74
5.2 Forces determining the price of gallium	74
5.3 Market prices and trends	75
5.4 Gallium Suppliers	75
6. Germanium	76
6.1 General Introduction	76
6.2 Forces determining the price of germanium	76
6.3 Market prices and trends	77
6.4 Germanium Suppliers	78
7. Molybdenum	79
7.1 General introduction	79
7.2 Forces determining the price of molybdenum	79
7.3 Market Prices and trends	80
7.4 Molybdenum Suppliers	80
8. Cadmium	81
8.1 Cadmium Suppliers	81
9. Pastes	82
9.1 Metallization paste	82
9.2 Alternatives to Pastes	83
10. Glass and Alternatives to Glass	84
10.1 Glass	84
10.2 Alternatives to Glass	84
10.3 Glass Suppliers	84
11. Other Materials	85
11.1 Backsheet	85
11.2 Lamination encapsulent	85
Part III - Key machines used in the factory processes	86
Section Index	86
1. Introduction	86
2. Semiconductor deposition technologies	87
2.1 Liquid Phase Epitaxy (LPE)	87
2.2 Chemical Vapour Deposition (CVD)	87
2.3 Molecular Beam Epitaxy	92
2.4 Physical Vapour Deposition (PVD)	93
2.5 Laser Pyrolysis	95
3. Diffusion Furnaces	96
3.1 List of Diffusion Furnace Suppliers	97
4. “Printing” deposition technologies	98
4.1 Introduction	98
4.2 Screen Printing	98
4.3 Inkjet Printing	99
4.4 Spray Coating	101
4.5 Deposition of the PV active material	101
4.6 Focused Flow Extrusion (from PARC)	102
4.7 Light Induced Printing (Electroplating)	102
5. Other Deposition Processes	103
5.1 Chemical Bath Deposition	103
5.2 Ultrasonic Direct Energy Plating	103
5.3 Close Space Sublimation	103
5.4 Vapour Transport Deposition	104
6. Semiconductor Wafer Cutting	105
6.1 Saw Technology	105
6.2 Cleaving technology	106
6.3 Future Developments	106
6.4 List of Suppliers	107
7. Laser Technology	108
Part IV - Factory Processes for PV Technologies	111
Section Index	111
1. Introduction	111
2. Silicon crystalline PV technologies	112
2.1 Monocrystalline Ingot production	112
2.2 Polycrystalline Ingot Production	112
2.3 Cell production	113
2.4 Panel Production	116
3. Thin Film Production Processes	119
3.1 Production process for a-Si (amorphous silicon) solar PV cells	119
3.2 Production process for CIS/CIGS Technology solar PV cells	123
3.3 Production process for CdTe Technology solar PV cells	125
Part V - Factual Survey of PV Technologies	128
Section Index	128
Section Pre-amble:- Explanation of the organisation of this section	128
1. Monocrystalline Solar PV Technology	130
1.1 “Benchmark” Sawn Wafer Technology	130
1.2 Thinner Silicon Wafer Technology	133
1.3 Edge Defined Film-fed Growth Process (EFG)	135
1.4 String Ribbon	137
1.5 Monocrystalline - Back-Contact SunPower Technology	140
1.6 Sanyo HIT Technology	141
1.7 Suntech Pluto Technology (variant of the PERL technology)	143
1.8 n-Type Monocrystalline Silicon PV Cells	144
1.9 Monocrystalline - Silicon Sliver Cells	145
1.9 Spherical Solar Cell	147
2. Multicrystalline - Benchmark Silicon Sawn Wafer Technology	150
2.1 Benchmark Silicon Sawn Wafer Technology	150
2.2 Back-Contact EWT Technology	152
2.3 Angle Buried Contact (ABC) Cell	154
2.4 Selective Emitter Cell	155
2.5 Light Capturing Ribbon	157
3. Thin Film	160
3.1 a-Si Family (including single, tandem and triple junctions)	160
3.2 CIS Family of solar PV technology	169
3.3 Thin film - CdTe Family of solar PV Technology	180
3.4 CTZSS (Copper (Cu), Tin (Sn), Zinc (Zn), Sulfur (S), and/or Selenium (Se))	184
3.5 Crystalline Silicon on Glass (CSG)	185
3.6 FeS2 (Iron Pyrite) Solar PV Cell	188
4. Very High Performance PV Cells	190
4.1 Single and Double junction (GaAs)	190
4.2 Multi-junction (GaAs)	191
4.3 Indium, Gallium, Nitrogen (Full Spectrum)	196
4.4 Gallium Nitride/silicon tandem solar cell.	197
5. Third Generation	199
5.1 Dye Sensitised	199
5.2 Third Generation - Organic Polymer	206
5.3 Nano-technology (Quantum dots)	212
5.4 Multi-junction Nanowire PV Cells	220
5.5 List of Suppliers of Third Generation PV Technologies	221
6. Concentrator PV Technology	222
6.1 Low Concentration PV (LCPV) (Under 5 suns)	223
6.2 High Concentration PV (HCPV) (Over 5 suns and typically 500 suns)	228
6.3 Combined CPV Electricity and Direct Heating Systems	239
6.4 - List of CPV suppliers	243
Part VI Thermo PV Technology (TPV)	244
Section Index	244
1. Introduction	244
2. PV Cell Technology	245
3. Filters	245
4. System Efficiency	245
5. Cell Efficiency	245
6. Industrial Capacity	246
7. Future Research Directions	247
Part VII Innovative Solar PV Films, Cells, Panels & Designs	248
Section Index	248
1. Transparent Solar Cells	248
2. Coloured Solar PV Modules	251
3. Innovative Panel Designs (Roof Tiles and Shingles)	253
4. Combined PV Flat Panel and Thermal Water Heating	256
5. Building Integrated PV	259
6. Other Innovations	260
6.1 Light Wavelength Conversion Films and Luminescent solar concentrators	260
6.2 Light Splitting PV Receiver	261
6.3 Integrated solar power electronic circuits	262
6.4 Microscopic solar cells for attachment to fabrics	262
6.5 Solar Roads	262
7. Silexium SiC Anti-reflective coating solution	263
Part VIII - Solar PV Generated AC Energy	264
Section Index	264
Sections Pre-amble Introduction	264
1. Inverters	265
1.1 The architecture of inverters to solar PV modules	265
1.2 The Basic efficiency of Inverters	266
1.3 List of Suppliers	267
2. Charge Controllers	268
3. Mounts and Trackers	269
3.1 Fixed Mounts	269
3.2 Single-Axis Trackers and Mounts	269
3.3 Two-axis Mounts	270
3.4 Tracker Drives	270
3.5 List of Suppliers	271
4. Batteries	272
4.1 The Lead Acid Battery Evolution	272
4.2 Other types of batteries currently in use	272
4.3 Future Developments in Battery Technology	272
4.4 List of Suppliers	275
5. Other Innovations	276
5.1 Solar Panel Automated Cleaning	276
5.2 Solar PV Farm Fault Monitoring	276
Part IX - The Solar Powered Products Revolution	277
Section Index	277
1. Solar Applications Product Market	277
2. Markets	278
3. Technology	279
3.1 Solar Cells Only	279
3.2 Solar Cells Plus Motor	279
3.3 Solar Cells Plus Battery Plus Motor	280
3.4 Solar Cells Plus Battery Plus Lights	281
3.5 Solar Cells Plus Portable Electronic Device	283
3.6 Solar Cells Plus Battery Plus Portable Electronic Device	283
3.7 Solar Cells Plus Battery Plus Static Electronic Device	283
4. List of Suppliers	284
5. Discussion and Conclusion	285
Part X - Quality and Reliability of Solar PV Systems	286
Section Index	286
1. The Solar PV Quality System	286
2. Material Quality Control	287
3. Factory Testing	288
4. Quality Standards and Certification by third party testers	289
5. Feedback from the field	290
6. Research programmes to address particular issues	292
Part XI - Survey of Solar PV Research in University & Public/Private Research Laboratories	293
Section Index	293
1. Introduction	293
2. ENF survey of solar PV research	295
America - North	295
America South	312
Asia	313
Australasia	327
Europe	329
Middle-east and Africa	357
Annex - ENF Classification of Research into Solar PV Technologies	360
Part XII - Glossary of Terms used in the Solar PV Industry	361

Metodología

La revista ENF sobre las tecnologías FV futuras esta hecha gracias a un proceso de investigación y análisis durante 3 anos. Todo empiezo en 2007:

1era edición de la revista ENF de las tecnologías futuras (sept. 2007)

La primera edición ha dado una perspectiva « a fuera de la industria » dirigida por una alta tecnología en el sector mundial emergente del fotovoltaico.

Eso ofreció a la industria una manera original de percibir los varios problemas emergentes. La industria solar ha sido perturbada por su primera crisis: la penuria de polisilicio. Un proyecto de investigación ENF ha sido emprendido en el sector del polisilicio para encontrar nuevas técnicas de refinación de este material. Eso ha establecido la base del análisis de las tecnologías alternativas que traduce la diversificación de la industria PV. La revista ha seguido las tecnologías de primera, segunda y tercera generación.

La primera edición, capa fundadora de la revista, comprendía las partes siguientes:

I Parte - Definir el marco (los problemas de comercialización)
II Parte - El sector emergente de las tecnologías del refinado del silicio
III Parte - 2007 – Sondeo factual sobre las tecnologías fotovoltaicas

Para facilitar la búsqueda de información cada resultado sobre una tecnología FV estaba presentado de la manera siguiente:

Introducción – Definición de la tecnología, ventajas e inconvenientes
Actores – Lista de las empresas activas en esta tecnología
Eficiencia de las células y de los paneles – Comparador comúnmente aceptado
Descripción – para ayudar a visualizar lo que se trata
Materiales brutos – Añadidos si pertinente (ex: gallium)
Métodos de fabricación utilizadas – Identificación de los procesos industriales necesarios
Proveedores más arriba – ¿Quien provee las maquinas herramientas indispensables al proceso?
Capacidad industrial detrás de la tecnología – Estimación de la capacidad de producción de la fábrica más abajo
Orientaciones I&D futuras – Lista de los retos por afrontar con las tecnologías
Una gran parte de nuestras investigaciones consistió en la búsqueda de cifras y explicaciones para hechos poco comunes.

Esta base ha sido preservada y actualizada para cada edición de la revista ENF de las tecnologías futuras.

2da edición de la revista ENF de las tecnologías futuras (Sept. 2008)

La segunda edición extendí la visión de la revista desde la extracción minería de importantes materiales brutos como el indium y el tellurium hasta la aparición de la revolución de los productos solares. Por la primera vez, toda la industria FV estaba estudiada en su totalidad, lo que ha permitido clarificar las relaciones entre los diferentes sectores.

La revista de los materiales críticos coincidió con el aumento de los precios de algunos materiales necesarios a la segunda generación (capa fina) de productos FV. Con un análisis muy bien documentado, este aspecto ha sido integrado a la revista. También hemos puesto el acento sobre los procesos de fábrica y las más importantes maquinas insistiendo sobre las tecnologías de deposiciones. La organización es la siguiente:

I Parte –Definir el marco
II Parte – Revisión de los materiales críticos
III Parte – Procesos de fabrica para las tecnologías FV
IV Parte – Sondeo factual de las tecologias FV
V Parte – Aplicacion de las celulas solares FV a los productos

3era edición de la revista ENF de las tecnologías futuras (Abril 2010)

La tercera edición tenia el mismo objetivo: reunir a dos capas de información y análisis, aumentar la extensión de la revista a otros aspectos, incluyendo los sistemas solares FV, la tecnología TFV (termo-fotovoltaico) y la calidad/fiabilidad del solar FV para crear la formula siguiente:

I Parte – hechos económicos impactando sobre las orientaciones tecnológicas
II Parte – Revisión de los materiales críticos
III Parte – principales maquinas utilizadas para los procesos de fábrica
IV Parte – Procesos de fábrica para las tecnologías FV
V Parte – Sondeo factual sobre las tecnologías FV
VI Parte – Tecnología termo fotovoltaica (TPV)
VII Parte – Capas, células, paneles y diseño FV innovantes
VIII Parte – Energía AC (energía alternativa) generada por el FV
IX Parte – Revolución de los productos a energía solar
X Parte – Calidad y fiabilidad de los sistemas solares FV
XI Parte – Sondeo sobre las investigaciones FV en las universidades y en los laboratorios de investigación públicos y privados
XII Parte – Glosario de términos utilizados en la industria FV

Con una búsqueda en profundidad de los aspectos de las maquinas herramientas y de los procesos, hemos listado mas de 300 departamentos universitarios y laboratorios de investigaciones públicos o privados (excluyendo los de los proveedores) implicados en la investigación FV en mas de 40 países.

La 3era edición ha integrado en varias secciones de la revista enlaces Internet para las bases de datos electrónicas de ENF. Así, los poseedores de la versión electrónica de la revista pueden pasar de las descripciones y análisis de una tecnología, a la base de datos ENF que lista miles empresas activas en diferentes sectores de la industria. De esta manera, la revista de las tecnologías futuras se convierte en una herramienta de información única en esta industria.

Sobre esos tres años, hemos mantenidos una disciplina estricta para proveer suficientes detalles y permitir a una gran parte de directivos de la industria, de todos los niveles y a todos los actores del sector (inversores, reguladores etc.) entender lo que pasa y dialogar con expertos. La revista completa el espacio de conocimiento esencial entre los artículos de prensa y los libros técnicos.