Fotovoltaik sistemlerin 10 yıllık geleceği (II) - Zafer ARIKAN

Fotovoltaik sistemlerin 10 yıllık geleceği (II) - Zafer ARIKAN

ZAFER ARIKAN 

Gelecek 10 yılda fotovoltaik (PV) sistemlerde neler yaşanacak? Bu sorulara cevap vermek amacıyla geçen ilkini geçen hafta yayınladığımız değerlendirmelere devam ediyoruz. 

Daha önce de belirttiğimiz gibi PV değerler zinciri silisyumla başlayıp poli-silikon, kristal silikon kütük(ingot), wafer ve güneş hücresi üretimi ile devam eden; panel üretimi ve sonunda da PV sistem kurulumu(GES) ile fiziki olarak tamamlanan tümleşik bir süreç. Dizinin bu ikinci yazısında PV malzemeleriyle ilgili olarak gelecek on yılın muhtemel gelişmelerini aktarmaya çalışacağım.

Bugün panel maliyetlerinin önemli bir kısmını malzeme maliyetleri oluşturuyor. Önümüzdeki yıllarda teknolojik gelişmelere ve inovatif çalışmalara bağlı olarak, malzeme maliyetlerinde ortaya çıkacak düşüş ve panel verimliliğindeki artış, panel fiyatlarını da önemli ölçüde aşağıya çekecek ve PV sistem içerisindeki maliyet payını azaltmış olacak.

Malzeme maliyetlerinin düşürülmesinde;

  1. Kullanılan malzeme miktarlarının azaltılması,
  2. Pahalı malzemeler yerine geliştirilmekte olan yeni ve daha ucuz malzemelerin kullanımı ve
  3. Malzeme kayıplarının minimuma indirilmesi önemli bir rol oynayacak.

Wafer Üretim Maliyetleri ile Kullanılan Malzemeler Açısından Önemli Gelişmeler

Elmas telli kesme(DWS)* teknolojisinin devreye girmesiyle birlikte, wafer üretim maliyetlerinde önemli düşüşler yaşanmaya başlandı, bu devam edecek. Sulu tip dilimleme/kesme işlemi ile gerçekleştirilen wafer üretimi bugün hala önemli bir pazar payına sahipse de gelecekte özellikle mono-Si esaslı wafer üretiminde DWS ana akım olacak. Ayrıca, elektroliz kaplamalı elmas teller de kesme/dilimleme işlemlerinde çokça kullanılacak.

Daha ince kalınlıkta waferların üretimi ise kesme/dilimleme işlemi sırasında ortaya çıkan çentik kayıplarını azaltacak; geri dönüşüm oranını artıracak ve sarf malzemelerinin tüketiminin azalmasını sağlayarak maliyetleri aşağıya çekecek.

Güneş Hücreleri ve Kullanılan Malzemeler Açısından Önemli Gelişmeler

Bugün hücre maliyetinin %40’ını c-Si wafer’lar oluşturuyor. Önümüzdeki yıllarda wafer kalınlığının azaltılmasıyla silikonun daha verimli kullanımı mümkün olabilecek. Nitekim halen 180 mikron kalınlığında olan mc-Si ve mono Si waferlar on yıl içerisinde incelerek mc-Si hücrelerde 150 ve mono-Si hücrelerde de 140 mikron kalınlığa kadar düşecek. Ayrıca panel teknolojisindeki geliştirmelere bağlı olarak, wafer kalınlığının 120 mikronun altına düşmesi büyük bir ihtimal olarak görülüyor; teorik alt sınır ise 110 mikron civarında olacak.

Mevcut c-Si hücre teknolojilerinde kullanılan ve silikon esaslı olmayan en pahalı malzemeler, metalizasyon sürecinde kullanılan gümüş ve alüminyum içeren pastalar ve mürekkeplerdir. Bu nedenle, ARGE çalışmalarıyla bu malzemelerin tüketim miktarlarının azaltılmasına çalışılmaktadır. Bugün 100 mg civarında olan gümüş kullanım miktarının on yıl içerisinde 40 mg seviyelerine düşmesi beklenmektedir.

Diğer yandan yapılan araştırmalar gümüşün fiyatının gelecekte de pahalı olacağını, bu nedenle alternatif olarak, bakırın gümüşün yerine ikame edilebileceği söylüyor. Böylece bugün %5 civarında olan bakır kullanımının, önümüzdeki on yıl içerisinde %20 seviyelerine ulaşması bekleniyor.

Bütün bunların dışında, kurşun içeren lehim pastası kullanımına devam edilmektedir. Oysa insan ve çevre sağlığı açısından, Avrupa Birliğinin 2011 yılında uygulamaya koyduğu elektrik ve elektronik malzeme üretiminde Tehlikeli Malzemelerin Kullanımının Yasaklanması Direktifi uyarınca, kurşun içeren pastaların ve diğer tehlikeli malzemelerin kullanımı 2021’den itibaren kesinlikle yasaktır. Bu yüzden pek çok firma, hücre üretiminde şimdiden kurşun içermeyen pasta/malzeme kullanımına geçmiş bulunuyor.

Paneller ve Kullanılan Malzemeler Açısından Önemli Gelişmeler

Panel maliyetlerinin önemli bir kısmını kullanılan malzeme maliyetleri oluşturuyor. Panel maliyetlerinde düşüşün sürmesi için, bir yandan panel verimliliği artarken diğer taraftan malzeme maliyetlerindeki azalışın devam etmesi gerekiyor. Panel verimliliğinin artması yönünden öncelikle optik kayıpların (panel ön yüzeyinde camda oluşan   yansımaların) ve panel üretim sürecinde oluşan bağlantı (interconnection) kayıplarının azaltılması gerekiyor.

Paneli oluşturan malzemeler açısından baktığımızda:

- On yıl içerisinde, camlarda anti reflektif(AR) kaplamalar daha da yaygın biçimde kullanılacak ve %90 pazar payına ulaşacak. Ayrıca bugün AR camların hepsinin değil ama önemli bir kısmının on yıl civarında olan AR kaplama ömürleri, yakında panel çalışma ömrüne yaklaşacak (yirmi beş yıl),

- Panel üretimi sırasında uzunca bir zamandır hücre ara bağlantılarında lehimleme işleminde kurşun içeren pastalar kullanılmaktadır. Yukarıda belirtildiği gibi Avrupa Birliğinin 2011 yılında uygulamaya koyduğu Direktif uyarınca (ki şu anda PV paneller bu direktifin dışında tutulmuş bulunuyor) 2021’den itibaren uygulamaya (belki de daha önce) dahil edilmesi bekleniyor. Bu ise paneli oluşturan hücre dizilerinin(string) ara bağlantılarında ve Junction Box(JB) bağlantılarında artık kurşun içeren malzemeler kullanılamayacak anlamına geliyor.

- Halen yaygın olarak kullanılan bakır ribbonlar önümüzdeki yıllarda da piyasayı domine etmeye devam edecek, buna ilave olarak doğrudan bakır teller de kullanılacak.

- Panelleri oluşturan bir başka önemli maliyet kalemi ise EVA ve Back Sheet dediğimiz malzemelerdir. Bu malzemelerin maliyetini düşürebilmek için bilim insanları yoğun bir çaba harcıyorlar. Bu çabalar bir taraftan bu malzemelerin performansını artırmak için, diğer taraftan hizmet ömürlerini uzatmak için gerçekleştiriliyor. EVAnın daha uzun yıllar piyasayı domine edeceği ama Polyolefin, PVB gibi malzemelerin de piyasada olacağı anlaşılıyor. Bugün Backsheet olarak kullanılan ve önemli bir pazar payına sahip TPT, 2019’da yerini başka malzemelere örneğin TPA, TPT, KPE, APA, Poly-Olefin(PO) vb. bırakacak. Diğer yandan, PV panellerde cam kullanımının, özellikle de panel arka yüzünde, artacağını söylemek mümkün. Bu da camın pazar payını önemli ölçüde yükseltecek.

- Bugün çerçeve olarak panellerde en çok alüminyum kullanılıyor (nerdeyse %100’ü). Ama yavaş yavaş plastik malzemeler de piyasaya girmeye başladı ve çelik gibi bazı başka malzemelerin de kullanılmasıyla alüminyumun pazar payı %70’e kadar düşebilir.

- Hücreler konusunda yürütülen çalışmalar ise daha çok PID’ye** dirençli hücreler ve paneller üzerine odaklanmış bulunuyor.

Gelecek yazıda buluşmak üzere…

H.Zafer ARIKAN

NOTLAR:

* DWS: Diamond Wire Sawing/Elmas telli dilimleme/kesme işlemi

**PID: Potential Induced Degradation(gerilim, sıcaklık ve rutubet gibi faktörlere bağlı olarak pek çok PV panelin çıkış gücünde görülen azalma) 

Fotovoltaik sistemlerin 10 yıllık geleceği (I) - Zafer ARIKAN