Vijesti
Kratka rasprava o vrstama solarnih ćelija
Sunčeva energija je nekada bila rezerva naprednih svemirskih letelica i nekih fensi uređaja, ali to više nije slučaj. Tokom protekle decenije, solarna energija se transformisala iz nišnog izvora energije u glavni stub globalnog energetskog pejzaža.
Zemlja je kontinuirano izložena približno 173.000 TW sunčevog zračenja, što je više od deset puta više od globalne prosječne potražnje za električnom energijom.
[1] To znači da solarna energija ima sposobnost da zadovolji sve naše energetske potrebe.
U prvoj polovini 2023. godine, proizvodnja solarne energije činila je 5,77% ukupne proizvodnje električne energije u SAD, u odnosu na 4,95% u 2022.
[2] Iako će fosilna goriva (uglavnom prirodni plin i ugalj) činiti čak 60,4% proizvodnje električne energije u SAD-u 2022.,
[3] Ali rastući uticaj solarne energije i brzi razvoj tehnologije solarne energije zaslužuju pažnju.
Trenutno na tržištu postoje tri glavne kategorije solarnih ćelija (poznate i kao fotonaponske (PV) ćelije): kristalne, tankoslojne i tehnologije u nastajanju. Ove tri vrste baterija imaju svoje prednosti u smislu efikasnosti, cijene i vijeka trajanja.
01 kristal
Većina kućnih krovnih solarnih panela napravljena je od monokristalnog silicijuma visoke čistoće. Ovaj tip baterije je posljednjih godina postigao efikasnost veću od 26% i vijek trajanja od više od 30 godina.
[4] Trenutna efikasnost solarnih panela za domaćinstvo je oko 22%.
Polikristalni silicijum košta manje od monokristalnog silicijuma, ali je manje efikasan i ima kraći životni vek. Manja efikasnost znači da je potrebno više panela i više površine.
Solarne ćelije zasnovane na tehnologiji galij-arsenida (GaAs) sa više spojeva efikasnije su od tradicionalnih solarnih ćelija. Ove ćelije imaju višeslojnu strukturu, a svaki sloj koristi drugačiji materijal, kao što je indijum galij fosfid (GaInP), indijum galij arsenid (InGaAs) i germanijum (Ge), da apsorbuje različite talasne dužine sunčeve svetlosti. Iako se očekuje da će ove višespojne ćelije postići visoku efikasnost, one i dalje pate od visokih troškova proizvodnje i nezrelog istraživanja i razvoja, što ograničava njihovu komercijalnu izvodljivost i praktičnu primjenu.
02 film
Glavni tok tankoslojnih fotonaponskih proizvoda na globalnom tržištu su fotonaponski moduli kadmijum telurida (CdTe). Milioni takvih modula su instalirani širom svijeta, s vršnim kapacitetom proizvodnje energije većim od 30 GW. Uglavnom se koriste za proizvodnju električne energije u komunalnim uslugama u Sjedinjenim Državama. fabrika.
U ovoj tehnologiji tankog filma, solarni modul od 1 kvadratni metar sadrži manje kadmijuma od nikl-kadmijum (Ni-Cd) baterije veličine AAA. Osim toga, kadmijum u solarnim modulima je vezan za telur, koji je nerastvorljiv u vodi i ostaje stabilan na temperaturama do 1.200°C. Ovi faktori ublažavaju toksične opasnosti upotrebe kadmijum telurida u tankoslojnim baterijama.
Sadržaj telura u zemljinoj kori je samo 0,001 deo na milion. Baš kao što je platina rijedak element, rijetkost telura može značajno utjecati na cijenu modula kadmijum telurida. Međutim, moguće je ublažiti ovaj problem kroz praksu recikliranja.
Efikasnost modula kadmijum telurida može dostići 18,6%, a efikasnost baterije u laboratorijskom okruženju može da pređe 22%. [5] Upotreba dopinga arsenom za zamjenu bakrenog dopinga, koji se koristi dugo vremena, može uvelike poboljšati vijek trajanja modula i dostići nivo koji se može uporediti sa kristalnim baterijama.
03 Nove tehnologije
Nove fotonaponske tehnologije koje koriste ultra tanke filmove (manje od 1 mikrona) i tehnike direktnog taloženja će smanjiti troškove proizvodnje i obezbijediti visokokvalitetne poluvodiče za solarne ćelije. Očekuje se da će ove tehnologije postati konkurenti etabliranim materijalima kao što su silicijum, kadmijum telurid i galijum arsenid.
[6]U ovoj oblasti postoje tri dobro poznate tehnologije tankog filma: bakar cink kalaj sulfid (Cu2ZnSnS4 ili CZTS), cink fosfid (Zn3P2) i jednozidne ugljenične nanocevi (SWCNT). U laboratorijskim uslovima, solarne ćelije bakar indijum galijum selenida (CIGS) dostigle su impresivnu maksimalnu efikasnost od 22,4%. Međutim, repliciranje takvih nivoa efikasnosti na komercijalnom nivou ostaje izazov.
[7]Olov-halogeni perovskit tankoslojne ćelije su atraktivna solarna tehnologija u nastajanju. Perovskit je vrsta supstance sa tipičnom kristalnom strukturom hemijske formule ABX3. To je žuti, smeđi ili crni mineral čija je glavna komponenta kalcijum titanat (CaTiO3). Komercijalne tandemske solarne ćelije na bazi silicijuma koje proizvodi britanska kompanija Oxford PV postigle su rekordnu efikasnost od 28,6% i krenuće u proizvodnju ove godine.
[8]U samo nekoliko godina, perovskitne solarne ćelije su postigle efikasnost sličnu onoj u postojećim ćelijama tankog filma kadmijum telurida. U ranim istraživanjima i razvoju perovskitnih baterija životni vijek je bio veliki problem, toliko kratak da se mogao izračunati samo u mjesecima.
Danas perovskitne ćelije imaju vijek trajanja od 25 godina ili više. Trenutno, prednosti perovskitnih solarnih ćelija su visoka efikasnost konverzije (više od 25%), niski troškovi proizvodnje i niske temperature potrebne za proces proizvodnje.
Izgradnja integrisanih solarnih panela
Neke solarne ćelije su dizajnirane da hvataju samo dio sunčevog spektra, dok propuštaju vidljivu svjetlost. Ove prozirne ćelije se nazivaju solarne ćelije osjetljive na boju (DSC) i rođene su u Švicarskoj 1991. Novi rezultati istraživanja i razvoja u posljednjih nekoliko godina poboljšali su efikasnost DSC-a i možda neće proći mnogo vremena prije nego što će ovi solarni paneli biti na tržištu.
Neke kompanije unose neorganske nanočestice u polikarbonatne slojeve stakla. Nanočestice u ovoj tehnologiji pomeraju određene delove spektra do ivice stakla, omogućavajući da većina spektra prođe. Svjetlo koncentrirano na rubu stakla zatim se koristi solarnim ćelijama. Osim toga, trenutno se proučava tehnologija za nanošenje tankoslojnih materijala perovskita na prozirne solarne prozore i vanjske zidove zgrada.
Sirovine potrebne za solarnu energiju
Kako bi se povećala proizvodnja solarne energije, povećat će se potražnja za eksploatacijom važnih sirovina kao što su silicijum, srebro, bakar i aluminijum. Američko Ministarstvo energetike navodi da se oko 12% svjetskog metalurškog silicijuma (MGS) prerađuje u polisilicij za solarne panele.
Kina je glavni igrač u ovoj oblasti, proizvodi otprilike 70% svjetske MGS i 77% svoje ponude polisilicijuma u 2020.
Proces pretvaranja silicijuma u polisilicij zahtijeva vrlo visoke temperature. U Kini energija za ove procese uglavnom dolazi iz uglja. Xinjiang ima bogate resurse uglja i niske troškove električne energije, a njegova proizvodnja polisilicijuma čini 45% svjetske proizvodnje.
[12]Proizvodnja solarnih panela troši približno 10% svjetskog srebra. Iskopavanje srebra odvija se prvenstveno u Meksiku, Kini, Peruu, Čileu, Australiji, Rusiji i Poljskoj i može dovesti do problema kao što su kontaminacija teškim metalima i prisilno preseljenje lokalnih zajednica.
Vađenje bakra i aluminijuma takođe predstavlja izazove za korišćenje zemljišta. Američki geološki zavod napominje da Čile čini 27% globalne proizvodnje bakra, a slijede Peru (10%), Kina (8%) i Demokratska Republika Kongo (8%). Međunarodna agencija za energiju (IEA) vjeruje da će se potražnja za bakrom iz solarnih projekata, ako globalna upotreba obnovljive energije dostigne 100% do 2050. godine, skoro utrostručiti.
[13]Zaključak
Hoće li solarna energija jednog dana postati naš glavni izvor energije? Cijena solarne energije pada, a efikasnost se poboljšava. U međuvremenu, postoji mnogo različitih puteva solarne tehnologije koje možete izabrati. Kada ćemo identificirati jednu ili dvije tehnologije i učiniti da one zaista funkcioniraju? Kako integrisati solarnu energiju u mrežu?
Evolucija solarne energije od specijalizacije do mainstreama naglašava njen potencijal da zadovolji i premaši naše energetske potrebe. Dok kristalne solarne ćelije trenutno dominiraju tržištem, napredak u tehnologiji tankog filma i nove tehnologije kao što su kadmijum telurid i perovskiti utiru put efikasnijim i integrisanim solarnim aplikacijama. Sunčeva energija se i dalje suočava s brojnim izazovima, kao što su utjecaj rudarstva sirovina na okoliš i uska grla u proizvodnji, ali na kraju krajeva, riječ je o brzorastućoj, inovativnoj i perspektivnoj industriji.
Uz pravi balans tehnološkog napretka i održivih praksi, rast i razvoj solarne energije će utrti put za čistiju, bogatiju energiju budućnosti. Zbog toga će pokazati značajan rast u energetskom miksu SAD-a i očekuje se da će postati globalno održivo rješenje.