Notícies
Una breu discussió sobre els tipus de cèl·lules solars
L'energia solar va ser una vegada reserva de naus espacials avançades i d'alguns aparells fantàstics, però ja no és així. Durant l'última dècada, l'energia solar s'ha transformat d'una font d'energia nínxol a un pilar important del panorama energètic mundial.
La Terra està exposada contínuament a aproximadament 173.000 TW de radiació solar, que és més de deu vegades la demanda d'electricitat mitjana global.
[1] Això vol dir que l'energia solar té la capacitat de cobrir totes les nostres necessitats energètiques.
Durant el primer semestre del 2023, la generació d'energia solar va representar el 5,77% de la generació total d'energia dels EUA, més que el 4,95% el 2022.
[2] Tot i que els combustibles fòssils (principalment el gas natural i el carbó) representaran fins al 60,4% de la generació d'energia dels EUA el 2022,
[3] Però la creixent influència de l'energia solar i el ràpid desenvolupament de la tecnologia de l'energia solar mereixen atenció.
Actualment, hi ha tres grans categories de cèl·lules solars (també conegudes com a cèl·lules fotovoltaiques (PV)) al mercat: tecnologies cristal·lines, de pel·lícula fina i emergents. Aquests tres tipus de bateries tenen els seus propis avantatges en termes d'eficiència, cost i vida útil.
01 cristall
La majoria dels panells solars dels terrats domèstics estan fets de silici monocristal·lí d'alta puresa. Aquest tipus de bateries ha aconseguit en els darrers anys una eficiència de més del 26% i una vida útil de més de 30 anys.
[4] L'eficiència actual dels panells solars domèstics és d'un 22%.
El silici policristalí costa menys que el silici monocristal·lí, però és menys eficient i té una vida útil més curta. Una menor eficiència significa que es necessiten més panells i més àrea.
Cèl·lules solars basats en la tecnologia d'arsenur de gal·li (GaAs) multi-unió són més eficients que les cèl·lules solars tradicionals. Aquestes cèl·lules tenen una estructura multicapa i cada capa utilitza un material diferent, com el fosfur d'indi gal·li (GaInP), l'arsenur d'indi gal·li (InGaAs) i el germani (Ge), per absorbir diferents longituds d'ona de la llum solar. Tot i que s'espera que aquestes cèl·lules multiunió assoleixin altes eficiències, encara pateixen alts costos de fabricació i recerca i desenvolupament immadurs, cosa que limita la seva viabilitat comercial i aplicacions pràctiques.
02 pel·lícula
El corrent principal dels productes fotovoltaics de pel·lícula prima al mercat global són els mòduls fotovoltaics de telurur de cadmi (CdTe). Milions d'aquests mòduls s'han instal·lat arreu del món, amb una capacitat màxima de generació d'energia de més de 30 GW. S'utilitzen principalment per a la generació d'energia a escala de serveis públics als Estats Units. fàbrica.
En aquesta tecnologia de pel·lícula prima, un mòdul solar d'1 metre quadrat conté menys cadmi que una bateria de níquel-cadmi (Ni-Cd) de mida AAA. A més, el cadmi dels mòduls solars està unit al tel·luri, que és insoluble en aigua i es manté estable a temperatures de fins a 1.200 °C. Aquests factors mitiguen els perills tòxics de l'ús de telurur de cadmi en bateries de pel·lícula fina.
El contingut de tel·luri a l'escorça terrestre és de només 0,001 parts per milió. Igual que el platí és un element rar, la raresa del tel·luri pot afectar significativament el cost d'un mòdul de telurur de cadmi. Tanmateix, és possible pal·liar aquest problema mitjançant pràctiques de reciclatge.
L'eficiència dels mòduls de telurur de cadmi pot arribar al 18,6% i l'eficiència de la bateria en un entorn de laboratori pot superar el 22%. [5] L'ús del dopatge d'arsènic per substituir el dopatge de coure, que s'ha utilitzat durant molt de temps, pot millorar molt la vida del mòdul i assolir un nivell comparable a les bateries de cristall.
03Tecnologies emergents
Les tecnologies fotovoltaiques emergents que utilitzen pel·lícules ultra fines (menys d'1 micra) i tècniques de deposició directa reduiran els costos de producció i proporcionaran semiconductors d'alta qualitat per a les cèl·lules solars. S'espera que aquestes tecnologies esdevinguin competidores de materials establerts com el silici, el telurur de cadmi i l'arsenur de gal·li.
[6]Hi ha tres tecnologies de pel·lícula prima conegudes en aquest camp: sulfur de coure zinc estany (Cu2ZnSnS4 o CZTS), fosfur de zinc (Zn3P2) i nanotubs de carboni de paret única (SWCNT). En un entorn de laboratori, les cèl·lules solars de seleniur de coure indi gal·li (CIGS) han assolit una impressionant eficiència màxima del 22,4%. Tanmateix, replicar aquests nivells d'eficiència a escala comercial continua sent un repte.
[7] Les cèl·lules de pel·lícula fina de perovskita d'halogenur de plom són una atractiva tecnologia solar emergent. La perovskita és un tipus de substància amb una estructura cristal·lina típica de la fórmula química ABX3. És un mineral groc, marró o negre el component principal del qual és el titanat de calci (CaTiO3). Les cèl·lules solars en tàndem de perovskita basades en silici a escala comercial produïdes per l'empresa britànica Oxford PV han aconseguit una eficiència rècord del 28,6% i entraran en producció aquest any.
[8] En pocs anys, les cèl·lules solars de perovskita han aconseguit eficiències similars a les de les cèl·lules de pel·lícula fina de telurur de cadmi existents. En les primeres investigacions i desenvolupament de bateries de perovskita, la vida útil era un gran problema, tan curta que només es podia calcular en mesos.
Avui dia, les cèl·lules de perovskita tenen una vida útil de 25 anys o més. Actualment, els avantatges de les cèl·lules solars de perovskita són l'alta eficiència de conversió (més del 25%), els baixos costos de producció i les baixes temperatures necessàries per al procés de producció.
Construcció de plaques solars integrades
Algunes cèl·lules solars estan dissenyades per capturar només una part de l'espectre solar alhora que permeten passar la llum visible. Aquestes cèl·lules transparents s'anomenen cèl·lules solars sensibilitzades amb colorants (DSC) i van néixer a Suïssa l'any 1991. Els nous resultats d'R+D dels darrers anys han millorat l'eficiència dels DSC, i potser no passarà gaire abans que aquests panells solars surtin al mercat.
Algunes empreses infonen nanopartícules inorgàniques en capes de vidre de policarbonat. Les nanopartícules d'aquesta tecnologia desplacen parts específiques de l'espectre a la vora del vidre, permetent que la major part de l'espectre passi. A continuació, la llum concentrada a la vora del vidre és aprofitada per cèl·lules solars. A més, actualment s'està estudiant la tecnologia per aplicar materials de pel·lícula fina de perovskita a finestres solars transparents i parets exteriors d'edificis.
Matèries primeres necessàries per a l'energia solar
Per augmentar la generació d'energia solar, augmentarà la demanda de mineria de matèries primeres importants com ara silici, plata, coure i alumini. El Departament d'Energia dels EUA afirma que aproximadament el 12% del silici de grau metal·lúrgic (MGS) del món es processa en polisilici per a panells solars.
La Xina és un actor important en aquest camp, produint aproximadament el 70% del MGS mundial i el 77% del seu subministrament de polisilici el 2020.
El procés de conversió de silici en polisilici requereix temperatures molt elevades. A la Xina, l'energia per a aquests processos prové principalment del carbó. Xinjiang té abundants recursos de carbó i baixos costos d'electricitat, i la seva producció de polisilici representa el 45% de la producció mundial.
[12]La producció de plaques solars consumeix aproximadament el 10% de la plata mundial. La mineria de plata es produeix principalment a Mèxic, Xina, Perú, Xile, Austràlia, Rússia i Polònia i pot provocar problemes com la contaminació de metalls pesants i la reubicació forçada de les comunitats locals.
La mineria de coure i alumini també planteja reptes d'ús del sòl. El Servei Geològic dels EUA assenyala que Xile representa el 27% de la producció mundial de coure, seguit del Perú (10%), la Xina (8%) i la República Democràtica del Congo (8%). L'Agència Internacional de l'Energia (IEA) creu que si l'ús global d'energia renovable arriba al 100% el 2050, la demanda de coure dels projectes solars gairebé es triplicarà.
[13]Conclusió
L'energia solar es convertirà algun dia en la nostra principal font d'energia? El preu de l'energia solar està baixant i l'eficiència millora. Mentrestant, hi ha moltes rutes diferents de tecnologia solar per triar. Quan identificarem una o dues tecnologies i les farem funcionar realment? Com integrar l'energia solar a la xarxa?
L'evolució de l'energia solar de l'especialitat a la corrent principal destaca el seu potencial per satisfer i superar les nostres necessitats energètiques. Si bé les cèl·lules solars cristal·lines dominen actualment el mercat, els avenços en la tecnologia de pel·lícula prima i les tecnologies emergents com el telurur de cadmi i les perovskites estan obrint el camí per a aplicacions solars més eficients i integrades. L'energia solar encara s'enfronta a molts reptes, com ara l'impacte ambiental de la mineria de matèries primeres i els colls d'ampolla en la producció, però al cap i a la fi, és una indústria de creixement ràpid, innovadora i prometedora.
Amb l'equilibri adequat d'avenços tecnològics i pràctiques sostenibles, el creixement i el desenvolupament de l'energia solar obriran el camí per a un futur energètic més net i abundant. Per això, mostrarà un creixement significatiu en el mix energètic dels Estats Units i s'espera que es converteixi en una solució global sostenible.