Günəş batareyalarının növləri haqqında qısa müzakirə

Günəş enerjisi bir vaxtlar qabaqcıl kosmik gəmilərin və bəzi dəbdəbəli cihazların qorunub saxlanması idi, lakin bu, artıq belə deyil. Son on ildə günəş enerjisi niş enerji mənbəyindən qlobal enerji mənzərəsinin əsas sütununa çevrilmişdir.

Yer kürəsi davamlı olaraq təxminən 173.000 TW günəş radiasiyasına məruz qalır ki, bu da qlobal orta elektrik tələbatından on dəfə çoxdur.

[1] Bu o deməkdir ki, günəş enerjisi bütün enerji ehtiyaclarımızı ödəmək qabiliyyətinə malikdir.

2023-cü ilin birinci yarısında günəş enerjisi istehsalı ABŞ-ın ümumi elektrik istehsalının 5,77%-ni təşkil edib, 2022-ci ildəki 4,95%-dən.

[2] Baxmayaraq ki, qalıq yanacaqlar (əsasən təbii qaz və kömür) 2022-ci ildə ABŞ-da elektrik istehsalının 60,4%-ni təşkil edəcək,

[3] Lakin günəş enerjisinin artan təsiri və günəş enerjisi texnologiyasının sürətli inkişafı diqqətə layiqdir.

 

Günəş batareyalarının növləri

 

Hal-hazırda bazarda günəş batareyalarının üç əsas kateqoriyası (həmçinin fotovoltaik (PV) hüceyrələr kimi tanınır) mövcuddur: kristal, nazik təbəqə və inkişaf etməkdə olan texnologiyalar. Bu üç növ batareyanın səmərəliliyi, dəyəri və ömrü baxımından öz üstünlükləri var.

 

01 kristal

Evin dam örtüyü günəş panellərinin əksəriyyəti yüksək təmizlikli monokristal silikondan hazırlanır. Bu tip akkumulyator son illərdə 26%-dən çox səmərəliliyə və 30 ildən çox xidmət müddətinə nail olmuşdur.

[4] Məişət günəş panellərinin cari səmərəliliyi təxminən 22% təşkil edir.

 

Polikristal silikon monokristal silisiumdan daha ucuzdur, lakin daha az səmərəlidir və daha qısa ömürlüdür. Aşağı səmərəlilik daha çox panel və daha çox sahə tələb olunur.

 

Günəş hüceyrələri çox qovşaqlı qallium arsenid (GaAs) texnologiyasına əsaslanan ənənəvi günəş batareyalarından daha səmərəlidir. Bu hüceyrələr çox qatlı bir quruluşa malikdir və hər təbəqə günəş işığının müxtəlif dalğa uzunluqlarını udmaq üçün indium qalium fosfid (GaInP), indium qalium arsenid (InGaAs) və germanium (Ge) kimi fərqli bir materialdan istifadə edir. Bu çoxqovşaqlı hüceyrələrin yüksək effektivliyə nail olacağı gözlənilsə də, onlar hələ də yüksək istehsal xərcləri və yetişməmiş tədqiqat və inkişafdan əziyyət çəkirlər ki, bu da onların kommersiya məqsədəuyğunluğunu və praktik tətbiqlərini məhdudlaşdırır.

 

02 film

Qlobal bazarda nazik təbəqəli fotovoltaik məhsulların əsas axını kadmium tellurid (CdTe) fotovoltaik modullarıdır. Dünyada milyonlarla belə modullar quraşdırılıb və pik enerji istehsal gücü 30 GVt-dan çoxdur. Onlar əsasən ABŞ-da kommunal miqyaslı enerji istehsalı üçün istifadə olunur. zavod.

 

Bu nazik film texnologiyasında 1 kvadrat metrlik günəş modulu AAA ölçülü nikel-kadmium (Ni-Cd) batareyadan daha az kadmium ehtiva edir. Bundan əlavə, günəş modullarında olan kadmium suda həll olunmayan və 1200°C-ə qədər yüksək temperaturda sabit qalan tellurla bağlıdır. Bu amillər nazik təbəqəli batareyalarda kadmium telluridin istifadəsinin toksik təhlükələrini azaldır.

 

Yer qabığında tellurun miqdarı milyonda cəmi 0,001 hissədir. Platin nadir element olduğu kimi, tellurun nadirliyi kadmium tellurid modulunun qiymətinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərə bilər. Ancaq təkrar emal üsulları ilə bu problemi aradan qaldırmaq mümkündür.

Kadmium tellurid modullarının səmərəliliyi 18,6%-ə, laboratoriya mühitində batareyanın səmərəliliyi isə 22%-i keçə bilər. [5] Uzun müddət istifadə edilən mis dopinqi əvəz etmək üçün arsen dopinqindən istifadə modulun ömrünü xeyli yaxşılaşdıra və kristal batareyalarla müqayisə edilə bilən səviyyəyə çata bilər.

 

03 İnkişaf etməkdə olan texnologiyalar

 

Ultra nazik filmlərdən (1 mikrondan az) və birbaşa çökmə üsullarından istifadə edən yeni yaranan fotovoltaik texnologiyalar istehsal xərclərini azaldacaq və günəş elementləri üçün yüksək keyfiyyətli yarımkeçiricilər təmin edəcəkdir. Bu texnologiyaların silikon, kadmium tellurid və qallium arsenid kimi müəyyən edilmiş materiallara rəqib olacağı gözlənilir.

 

[6]Bu sahədə üç tanınmış nazik təbəqə texnologiyası var: mis sink qalay sulfid (Cu2ZnSnS4 və ya CZTS), sink fosfid (Zn3P2) və tək divarlı karbon nanoborucuqları (SWCNT). Laboratoriya şəraitində mis indium qallium selenid (CIGS) günəş batareyaları 22,4% təsirli pik səmərəliliyə çatdı. Bununla belə, bu cür səmərəlilik səviyyələrini kommersiya miqyasında təkrarlamaq hələ də problem olaraq qalır.

[7] Qurğuşun halogenidi perovskit nazik təbəqə hüceyrələri cəlbedici inkişaf edən günəş texnologiyasıdır. Perovskit ABX3 kimyəvi formulunun tipik kristal quruluşuna malik bir maddə növüdür. Əsas komponenti kalsium titanat (CaTiO3) olan sarı, qəhvəyi və ya qara mineraldır. Böyük Britaniyanın Oxford PV şirkəti tərəfindən istehsal olunan kommersiya miqyaslı silikon əsaslı perovskit tandem günəş batareyaları 28,6% rekord səmərəliliyə nail olub və bu il istehsala başlayacaq.

[8]Cəmi bir neçə il ərzində perovskit günəş batareyaları mövcud kadmium telluridin nazik təbəqəli hüceyrələrinə bənzər effektivliyə nail oldu. Perovskit akkumulyatorlarının ilkin tədqiqi və inkişafı zamanı istifadə müddəti böyük problem idi, o qədər qısa idi ki, onu yalnız aylarla hesablamaq mümkün idi.

Bu gün perovskit hüceyrələrinin xidmət müddəti 25 il və ya daha çoxdur. Hazırda perovskit günəş batareyalarının üstünlükləri yüksək konversiya səmərəliliyi (25%-dən çox), aşağı istehsal xərcləri və istehsal prosesi üçün tələb olunan aşağı temperaturdur.

 

İnteqrasiya edilmiş günəş panellərinin tikintisi

 

Bəzi günəş hüceyrələri görünən işığın keçməsinə imkan verərkən günəş spektrinin yalnız bir hissəsini tutmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur. Bu şəffaf hüceyrələr boyaya həssas günəş hüceyrələri (DSC) adlanır və 1991-ci ildə İsveçrədə anadan olub. Son illərdə əldə edilən yeni Ar-Ge nəticələri DSC-lərin səmərəliliyini artırıb və bu günəş panellərinin bazara çıxması çox çəkməyəcək.

 

Bəzi şirkətlər qeyri-üzvi nanohissəcikləri şüşənin polikarbonat təbəqələrinə infuziya edirlər. Bu texnologiyadakı nanohissəciklər spektrin xüsusi hissələrini şüşənin kənarına keçirərək, spektrin böyük hissəsinin keçməsinə imkan verir. Şüşənin kənarında cəmlənmiş işıq daha sonra günəş batareyaları tərəfindən istifadə olunur. Bundan əlavə, hazırda şəffaf günəş pəncərələrinə və xarici divarların tikintisinə perovskit nazik plyonka materiallarının tətbiqi texnologiyası öyrənilir.

 

Günəş enerjisi üçün lazım olan xammal

Günəş enerjisi istehsalının artırılması üçün silisium, gümüş, mis və alüminium kimi mühüm xammalın çıxarılmasına tələbat artacaq. ABŞ Energetika Departamenti bildirir ki, dünyadakı metallurgiya dərəcəli silisiumun (MGS) təxminən 12%-i günəş panelləri üçün polisilikona emal edilir.

 

Çin bu sahədə əsas oyunçudur, 2020-ci ildə dünyada MGS-nin təxminən 70%-ni və polisilikon tədarükünün 77%-ni istehsal edir.

 

Silisiumun polisilikona çevrilməsi prosesi çox yüksək temperatur tələb edir. Çində bu proseslər üçün enerji əsasən kömürdən əldə edilir. Sincan bol kömür ehtiyatlarına və aşağı elektrik enerjisinə malikdir və onun polisilikon istehsalı qlobal istehsalın 45%-ni təşkil edir.

 

[12]Günəş panellərinin istehsalı dünya gümüşünün təxminən 10%-ni istehlak edir. Gümüş hasilatı ilk növbədə Meksika, Çin, Peru, Çili, Avstraliya, Rusiya və Polşada baş verir və ağır metalların çirklənməsi və yerli icmaların məcburi köçürülməsi kimi problemlərə səbəb ola bilər.

 

Mis və alüminium hasilatı da torpaqdan istifadə ilə bağlı problemlər yaradır. ABŞ Geoloji Xidməti qeyd edir ki, dünya mis istehsalının 27%-i Çilinin payına düşür, ondan sonra Peru (10%), Çin (8%) və Konqo Demokratik Respublikası (8%) gəlir. Beynəlxalq Enerji Agentliyi (IEA) hesab edir ki, 2050-ci ilə qədər qlobal bərpa olunan enerjidən istifadə 100%-ə çatarsa, günəş layihələrindən misə tələbat təxminən üç dəfə artacaq.

[13]Nəticə

 

Günəş enerjisi bir gün bizim əsas enerji mənbəyimizə çevriləcəkmi? Günəş enerjisinin qiyməti düşür və səmərəlilik artır. Bu arada, seçmək üçün bir çox fərqli günəş texnologiyası marşrutları var. Bir və ya iki texnologiyanı nə vaxt müəyyənləşdirəcəyik və onları həqiqətən işlək hala gətirəcəyik? Günəş enerjisini şəbəkəyə necə inteqrasiya etmək olar?

 

Günəş enerjisinin ixtisasdan əsas istiqamətə təkamülü onun enerji ehtiyaclarımızı ödəmək və üstələmək potensialını vurğulayır. Kristal günəş batareyaları hazırda bazarda üstünlük təşkil etsə də, nazik təbəqə texnologiyasındakı irəliləyişlər və kadmium tellurid və perovskitlər kimi inkişaf etməkdə olan texnologiyalar daha səmərəli və inteqrasiya olunmuş günəş tətbiqləri üçün yol açır. Günəş enerjisi hələ də xammal hasilatının ətraf mühitə təsiri və istehsalda darboğazlar kimi bir çox problemlərlə üzləşir, lakin bütün bunlardan sonra o, sürətlə inkişaf edən, innovativ və perspektivli sənayedir.

 

Texnoloji irəliləyişlərin və davamlı təcrübələrin düzgün balansı ilə günəş enerjisinin böyüməsi və inkişafı daha təmiz, daha bol enerji gələcəyinə yol açacaqdır. Bu səbəbdən o, ABŞ-ın enerji qarışığında əhəmiyyətli artım göstərəcək və qlobal dayanıqlı həll yoluna çevriləcəyi gözlənilir.