Nuus
'n Kort bespreking oor die tipes sonselle
Sonenergie was eens die behoud van gevorderde ruimtetuie en 'n paar spoggerige toestelle, maar dit is nie meer die geval nie. Oor die afgelope dekade het sonenergie van 'n nis-energiebron tot 'n belangrike pilaar van die globale energielandskap verander.
Die aarde word voortdurend aan ongeveer 173 000 TW se sonstraling blootgestel, wat meer as tien keer die wêreldwye gemiddelde elektrisiteitsvraag is.
[1] Dit beteken dat sonenergie die vermoë het om in al ons energiebehoeftes te voorsien.
In die eerste helfte van 2023 het sonkragopwekking 5,77% van die totale Amerikaanse kragopwekking uitgemaak, teenoor 4,95% in 2022.
[2] Alhoewel fossielbrandstowwe (hoofsaaklik aardgas en steenkool) soveel as 60,4% van die Amerikaanse kragopwekking in 2022 sal uitmaak,
[3] Maar die groeiende invloed van sonenergie en die vinnige ontwikkeling van sonenergietegnologie verdien aandag.
Tans is daar drie hoofkategorieë sonselle (ook bekend as fotovoltaïese (PV)-selle) op die mark: kristallyne, dunfilm- en opkomende tegnologieë. Hierdie drie tipes batterye het hul eie voordele in terme van doeltreffendheid, koste en lewensduur.
01 kristal
Die meeste sonpanele op die dak van die huis is gemaak van hoë-suiwer monokristallyne silikon. Hierdie tipe battery het die afgelope jare 'n doeltreffendheid van meer as 26% en 'n lewensduur van meer as 30 jaar behaal.
[4] Die huidige doeltreffendheid van huishoudelike sonpanele is sowat 22%.
Polikristallyne silikon kos minder as monokristallyne silikon, maar is minder doeltreffend en het 'n korter lewensduur. Laer doeltreffendheid beteken meer panele en meer area is nodig.
Sonkragselle gebaseer op multi-aansluiting gallium arsenied (GaAs) tegnologie is meer doeltreffend as tradisionele sonselle. Hierdie selle het 'n multi-laag struktuur, en elke laag gebruik 'n ander materiaal, soos indium gallium fosfied (GaInP), indium gallium arsenied (InGaAs) en germanium (Ge), om verskillende golflengtes van sonlig te absorbeer. Alhoewel daar van hierdie multiaansluitingselle verwag word om hoë doeltreffendheid te bereik, ly hulle steeds onder hoë vervaardigingskoste en onvolwasse navorsing en ontwikkeling, wat hul kommersiële uitvoerbaarheid en praktiese toepassings beperk.
02 film
Die hoofstroom van dun-film fotovoltaïese produkte in die wêreldmark is kadmium telluride (CdTe) fotovoltaïese modules. Miljoene sulke modules is regoor die wêreld geïnstalleer, met 'n piekkragopwekkingskapasiteit van meer as 30GW. Hulle word hoofsaaklik gebruik vir kragopwekking op nutskaal in die Verenigde State. fabriek.
In hierdie dunfilm-tegnologie bevat 'n 1 vierkante meter sonkragmodule minder kadmium as 'n AAA-grootte nikkel-kadmium (Ni-Cd) battery. Daarbenewens is die kadmium in sonkragmodules gebind aan telluur, wat onoplosbaar in water is en stabiel bly by temperature so hoog as 1 200°C. Hierdie faktore versag die giftige gevare van die gebruik van kadmiumtelluried in dunfilmbatterye.
Die inhoud van tellurium in die aardkors is slegs 0,001 dele per miljoen. Net soos platinum 'n seldsame element is, kan telluur se skaarsheid die koste van 'n kadmium telluriedmodule aansienlik beïnvloed. Dit is egter moontlik om hierdie probleem te verlig deur herwinningspraktyke.
Die doeltreffendheid van kadmiumtelluriedmodules kan 18,6% bereik, en die batterydoeltreffendheid in 'n laboratoriumomgewing kan 22% oorskry. [5] Die gebruik van arseendotering om koperdotering te vervang, wat al lank gebruik word, kan die modulelewe aansienlik verbeter en 'n vlak bereik wat vergelykbaar is met kristalbatterye.
03Opkomende tegnologieë
Opkomende fotovoltaïese tegnologieë wat ultradun films (minder as 1 mikron) en regstreekse afsettingstegnieke gebruik, sal produksiekoste verminder en halfgeleiers van hoë gehalte vir sonselle verskaf. Hierdie tegnologieë sal na verwagting mededingers word vir gevestigde materiale soos silikon, kadmiumtelluried en galliumarsenied.
[6]Daar is drie bekende dunfilmtegnologieë in hierdie veld: kopersink-tinsulfied (Cu2ZnSnS4 of CZTS), sinkfosfied (Zn3P2) en enkelwandige koolstofnanobuise (SWCNT). In 'n laboratorium-omgewing het koper indium gallium selenied (CIGS) sonselle 'n indrukwekkende piekdoeltreffendheid van 22,4% bereik. Om sulke doeltreffendheidsvlakke op kommersiële skaal te herhaal, bly egter 'n uitdaging.
[7]Loodhalied perovskiet dunfilmselle is 'n aantreklike opkomende sonkragtegnologie. Perovskiet is 'n tipe stof met 'n tipiese kristalstruktuur met die chemiese formule ABX3. Dit is 'n geel, bruin of swart mineraal waarvan die hoofkomponent kalsiumtitanaat (CaTiO3) is. Kommersiële-skaal silikon-gebaseerde perovskiet tandem sonselle wat deur die Britse maatskappy Oxford PV vervaardig word, het 'n rekorddoeltreffendheid van 28,6% behaal en sal vanjaar in produksie gaan.
[8]In net 'n paar jaar het perovskiet-sonselle doeltreffendheid bereik soortgelyk aan dié van bestaande kadmiumtelluried-dunfilmselle. In die vroeë navorsing en ontwikkeling van perovskietbatterye was lewensduur 'n groot probleem, so kort dat dit net in maande bereken kon word.
Vandag het perovskiet-selle 'n dienslewe van 25 jaar of meer. Tans is die voordele van perovskiet-sonselle hoë omskakelingsdoeltreffendheid (meer as 25%), lae produksiekoste en lae temperature wat benodig word vir die produksieproses.
Bou geïntegreerde sonpanele
Sommige sonselle is ontwerp om slegs 'n gedeelte van die sonspektrum vas te vang, terwyl sigbare lig toegelaat word om deur te gaan. Hierdie deursigtige selle word kleurstof-gesensitiseerde sonselle (DSC) genoem en is in 1991 in Switserland gebore. Nuwe R&D-resultate in onlangse jare het die doeltreffendheid van DSC's verbeter, en dit sal dalk nie lank duur voordat hierdie sonpanele op die mark sal wees nie.
Sommige maatskappye voeg anorganiese nanopartikels in polikarbonaatlae glas. Die nanopartikels in hierdie tegnologie skuif spesifieke dele van die spektrum na die rand van die glas, wat die meeste van die spektrum toelaat om deur te gaan. Die lig wat aan die rand van die glas gekonsentreer is, word dan deur sonselle ingespan. Boonop word tegnologie vir die toepassing van perovskiet-dunfilmmateriaal op deursigtige sonvensters en die bou van buitemure tans bestudeer.
Grondstowwe benodig vir sonenergie
Om sonkragopwekking te verhoog, sal die vraag na ontginning van belangrike grondstowwe soos silikon, silwer, koper en aluminium toeneem. Die Amerikaanse departement van energie meld dat ongeveer 12% van die wêreld se metallurgiese graad silikon (MGS) in polisilicon vir sonpanele verwerk word.
China is 'n groot speler op hierdie gebied, wat ongeveer 70% van die wêreld se MGS en 77% van sy polisiliconvoorraad in 2020 produseer.
Die proses om silikon in polisilikon om te skakel vereis baie hoë temperature. In China kom energie vir hierdie prosesse hoofsaaklik van steenkool. Xinjiang het oorvloedige steenkoolbronne en lae elektrisiteitskoste, en sy polisiliconproduksie is verantwoordelik vir 45% van wêreldproduksie.
[12]Die vervaardiging van sonpanele verbruik ongeveer 10% van die wêreld se silwer. Silwerontginning vind hoofsaaklik in Mexiko, China, Peru, Chili, Australië, Rusland en Pole plaas en kan lei tot probleme soos swaarmetaalbesoedeling en gedwonge verskuiwing van plaaslike gemeenskappe.
Koper- en aluminiummynbou bied ook uitdagings vir grondgebruik. Die US Geological Survey merk op dat Chili verantwoordelik is vir 27% van die wêreldwye koperproduksie, gevolg deur Peru (10%), China (8%) en die Demokratiese Republiek van die Kongo (8%). Die Internasionale Energieagentskap (IEA) glo dat as die wêreldwye hernubare energieverbruik teen 2050 100% bereik, die vraag na koper van sonkragprojekte byna sal verdriedubbel.
[13]Gevolgtrekking
Sal sonenergie eendag ons hoofenergiebron word? Die prys van sonenergie daal en doeltreffendheid verbeter. Intussen is daar baie verskillende sonkragtegnologie-roetes om van te kies. Wanneer sal ons een of twee tegnologieë identifiseer en dit werklik laat werk? Hoe om sonenergie in die netwerk te integreer?
Sonenergie se evolusie van spesialiteit tot hoofstroom beklemtoon die potensiaal daarvan om aan ons energiebehoeftes te voldoen en dit te oortref. Terwyl kristallyne sonselle tans die mark oorheers, baan vooruitgang in dunfilmtegnologie en opkomende tegnologieë soos kadmiumtelluried en perovskiete die weg vir meer doeltreffende en geïntegreerde sonkragtoepassings. Sonenergie staar steeds baie uitdagings in die gesig, soos die omgewingsimpak van grondstofmynbou en knelpunte in produksie, maar dit is immers 'n vinnig groeiende, innoverende en belowende bedryf.
Met die regte balans van tegnologiese vooruitgang en volhoubare praktyke, sal die groei en ontwikkeling van sonenergie die weg baan vir 'n skoner, meer volop energietoekoms. As gevolg hiervan sal dit aansienlike groei in die Amerikaanse energiemengsel toon en sal na verwagting 'n wêreldwye volhoubare oplossing word.