Newyddion
Mae trafodaeth fer ar y mathau o gelloedd solar....
Ar un adeg roedd ynni solar yn faes i longau gofod datblygedig a rhai dyfeisiau ffansi, ond nid yw hynny'n wir bellach. Dros y degawd diwethaf, mae ynni solar wedi trawsnewid o fod yn ffynhonnell ynni arbenigol i fod yn biler mawr yn y dirwedd ynni byd-eang.
Mae'r ddaear yn agored yn barhaus i tua 173,000TW o ymbelydredd solar, sy'n fwy na deg gwaith y galw trydan cyfartalog byd-eang.
[1] Mae hyn yn golygu bod gan ynni solar y gallu i ddiwallu ein holl anghenion ynni.
Yn ystod hanner cyntaf 2023, roedd cynhyrchu pŵer solar yn cyfrif am 5.77% o gyfanswm cynhyrchu pŵer yr Unol Daleithiau, i fyny o 4.95% yn 2022.
[2] Er y bydd tanwyddau ffosil (nwy naturiol a glo yn bennaf) yn cyfrif am gymaint â 60.4% o gynhyrchu pŵer yr Unol Daleithiau yn 2022,
[3] Ond mae dylanwad cynyddol ynni solar a datblygiad cyflym technoleg ynni solar yn haeddu sylw.
Ar hyn o bryd, mae tri phrif gategori o gelloedd solar (a elwir hefyd yn gelloedd ffotofoltäig (PV)) ar y farchnad: crisialog, ffilm denau, a thechnolegau sy'n dod i'r amlwg. Mae gan y tri math hwn o fatris eu manteision eu hunain o ran effeithlonrwydd, cost a hyd oes.
01 grisial
Mae'r rhan fwyaf o baneli solar to cartref yn cael eu gwneud o silicon monocrystalline purdeb uchel. Mae'r math hwn o batri wedi cyflawni effeithlonrwydd o fwy na 26% a bywyd gwasanaeth o fwy na 30 mlynedd yn y blynyddoedd diwethaf.
[4] Mae effeithlonrwydd presennol paneli solar cartref tua 22%.
Mae silicon polycrystalline yn costio llai na silicon monocrystalline, ond mae'n llai effeithlon ac mae ganddo oes fyrrach. Mae effeithlonrwydd is yn golygu bod angen mwy o baneli a mwy o arwynebedd.
Celloedd solar yn seiliedig ar dechnoleg aml-gyffordd gallium arsenide (GaAs) yn fwy effeithlon na chelloedd solar traddodiadol. Mae gan y celloedd hyn strwythur aml-haen, ac mae pob haen yn defnyddio deunydd gwahanol, megis indium gallium phosphide (GaInP), indium gallium arsenide (InGaAs) a germanium (Ge), i amsugno gwahanol donfeddi golau'r haul. Er y disgwylir i'r celloedd amlgyffordd hyn gyflawni effeithlonrwydd uchel, maent yn dal i ddioddef costau gweithgynhyrchu uchel ac ymchwil a datblygu anaeddfed, sy'n cyfyngu ar eu dichonoldeb masnachol a'u cymwysiadau ymarferol.
02 ffilm
Prif ffrwd cynhyrchion ffotofoltäig ffilm denau yn y farchnad fyd-eang yw modiwlau ffotofoltäig cadmium telluride (CdTe). Mae miliynau o fodiwlau o'r fath wedi'u gosod ledled y byd, gyda chynhwysedd cynhyrchu pŵer brig o fwy na 30GW. Fe'u defnyddir yn bennaf ar gyfer cynhyrchu pŵer ar raddfa cyfleustodau yn yr Unol Daleithiau. ffatri.
Yn y dechnoleg ffilm denau hon, mae modiwl solar 1 metr sgwâr yn cynnwys llai o gadmiwm na batri nicel-cadmiwm (Ni-Cd) maint AAA. Yn ogystal, mae'r cadmiwm mewn modiwlau solar yn rhwym i tellurium, sy'n anhydawdd mewn dŵr ac yn parhau'n sefydlog ar dymheredd mor uchel â 1,200 ° C. Mae'r ffactorau hyn yn lliniaru'r peryglon gwenwynig o ddefnyddio cadmiwm telluride mewn batris ffilm tenau.
Dim ond 0.001 rhan y filiwn yw cynnwys tellurium yng nghramen y ddaear. Yn union fel platinwm yn elfen brin, gall prinder tellurium effeithio'n sylweddol ar gost modiwl telluride cadmiwm. Fodd bynnag, mae'n bosibl lliniaru'r broblem hon trwy arferion ailgylchu.
Gall effeithlonrwydd modiwlau cadmiwm telluride gyrraedd 18.6%, a gall effeithlonrwydd batri mewn amgylchedd labordy fod yn fwy na 22%. [5] Gall defnyddio dopio arsenig i ddisodli dopio copr, a ddefnyddiwyd ers amser maith, wella bywyd y modiwl yn fawr a chyrraedd lefel sy'n debyg i batris grisial.
03 Technolegau newydd
Bydd technolegau ffotofoltäig sy'n dod i'r amlwg sy'n defnyddio ffilmiau tra-denau (llai nag 1 micron) a thechnegau dyddodiad uniongyrchol yn lleihau costau cynhyrchu ac yn darparu lled-ddargludyddion o ansawdd uchel ar gyfer celloedd solar. Disgwylir i'r technolegau hyn ddod yn gystadleuwyr i ddeunyddiau sefydledig fel silicon, cadmium telluride a gallium arsenide.
[6] Mae tair technoleg ffilm denau adnabyddus yn y maes hwn: sylffid tun sinc copr (Cu2ZnSnS4 neu CZTS), ffosffid sinc (Zn3P2) a nanotiwbiau carbon un wal (SWCNT). Mewn lleoliad labordy, mae celloedd solar indium gallium selenide (CIGS) wedi cyrraedd effeithlonrwydd brig trawiadol o 22.4%. Fodd bynnag, mae ailadrodd lefelau effeithlonrwydd o'r fath ar raddfa fasnachol yn parhau i fod yn her.
[7] Mae celloedd ffilm tenau halid plwm perovskite yn dechnoleg solar ddeniadol sy'n dod i'r amlwg. Mae Perovskite yn fath o sylwedd gyda strwythur grisial nodweddiadol o'r fformiwla gemegol ABX3. Mae'n fwyn melyn, brown neu ddu a'i brif gydran yw titanate calsiwm (CaTiO3). Mae celloedd solar tandem perovskite seiliedig ar silicon ar raddfa fasnachol a gynhyrchwyd gan y cwmni yn y DU, Oxford PV, wedi cyflawni'r effeithlonrwydd uchaf erioed o 28.6% a byddant yn cael eu cynhyrchu eleni.
[8] Mewn ychydig flynyddoedd yn unig, mae celloedd solar perovskite wedi cyflawni effeithlonrwydd tebyg i rai celloedd ffilm tenau cadmiwm telluride presennol. Yn yr ymchwil a datblygiad cynnar o fatris perovskite, roedd hyd oes yn broblem fawr, mor fyr fel mai dim ond mewn misoedd y gellid ei gyfrifo.
Heddiw, mae gan gelloedd perovskite oes gwasanaeth o 25 mlynedd neu fwy. Ar hyn o bryd, manteision celloedd solar perovskite yw effeithlonrwydd trosi uchel (mwy na 25%), costau cynhyrchu isel a thymheredd isel sy'n ofynnol ar gyfer y broses gynhyrchu.
Adeiladu paneli solar integredig
Mae rhai celloedd solar wedi'u cynllunio i ddal cyfran yn unig o'r sbectrwm solar tra'n caniatáu golau gweladwy i basio drwodd. Gelwir y celloedd tryloyw hyn yn gelloedd solar sy'n sensitif i liw (DSC) ac fe'u ganed yn y Swistir ym 1991. Mae canlyniadau ymchwil a datblygu newydd yn y blynyddoedd diwethaf wedi gwella effeithlonrwydd DSCs, ac efallai na fydd yn hir cyn y bydd y paneli solar hyn ar y farchnad.
Mae rhai cwmnïau'n trwytho nanoronynnau anorganig i haenau polycarbonad o wydr. Mae'r nanoronynnau yn y dechnoleg hon yn symud rhannau penodol o'r sbectrwm i ymyl y gwydr, gan ganiatáu i'r rhan fwyaf o'r sbectrwm basio drwodd. Yna mae'r golau sydd wedi'i grynhoi ar ymyl y gwydr yn cael ei harneisio gan gelloedd solar. Yn ogystal, mae technoleg ar gyfer cymhwyso deunyddiau ffilm tenau perovskite i ffenestri solar tryloyw ac adeiladu waliau allanol yn cael ei hastudio ar hyn o bryd.
Deunyddiau crai sydd eu hangen ar gyfer ynni solar
Er mwyn cynyddu cynhyrchu pŵer solar, bydd y galw am fwyngloddio deunyddiau crai pwysig megis silicon, arian, copr ac alwminiwm yn cynyddu. Mae Adran Ynni'r UD yn nodi bod tua 12% o silicon gradd metelegol (MGS) y byd yn cael ei brosesu'n polysilicon ar gyfer paneli solar.
Mae Tsieina yn chwaraewr mawr yn y maes hwn, gan gynhyrchu tua 70% o MGS y byd a 77% o'i chyflenwad polysilicon yn 2020.
Mae'r broses o drosi silicon yn polysilicon yn gofyn am dymheredd uchel iawn. Yn Tsieina, mae ynni ar gyfer y prosesau hyn yn dod yn bennaf o lo. Mae gan Xinjiang ddigonedd o adnoddau glo a chostau trydan isel, ac mae ei gynhyrchiad polysilicon yn cyfrif am 45% o'r cynhyrchiad byd-eang.
[12]Mae cynhyrchu paneli solar yn defnyddio tua 10% o arian y byd. Mae mwyngloddio arian yn digwydd yn bennaf ym Mecsico, Tsieina, Periw, Chile, Awstralia, Rwsia a Gwlad Pwyl a gall arwain at broblemau fel halogiad metel trwm a gorfodi adleoli cymunedau lleol.
Mae cloddio am gopr ac alwminiwm hefyd yn creu heriau o ran defnydd tir. Mae Arolwg Daearegol yr Unol Daleithiau yn nodi bod Chile yn cyfrif am 27% o gynhyrchu copr byd-eang, ac yna Periw (10%), Tsieina (8%) a Gweriniaeth Ddemocrataidd y Congo (8%). Mae'r Asiantaeth Ynni Rhyngwladol (IEA) yn credu, os bydd defnydd ynni adnewyddadwy byd-eang yn cyrraedd 100% erbyn 2050, bydd y galw am gopr o brosiectau solar bron â threblu.
[13]Casgliad
A fydd ynni solar rhyw ddydd yn dod yn brif ffynhonnell ynni i ni? Mae pris ynni solar yn gostwng ac mae effeithlonrwydd yn gwella. Yn y cyfamser, mae yna lawer o wahanol lwybrau technoleg solar i ddewis ohonynt. Pryd y byddwn yn nodi un neu ddwy dechnoleg a gwneud iddynt weithio mewn gwirionedd? Sut i integreiddio ynni solar i'r grid?
Mae esblygiad ynni solar o arbenigedd i brif ffrwd yn amlygu ei botensial i ddiwallu a rhagori ar ein hanghenion ynni. Er bod celloedd solar crisialog yn dominyddu'r farchnad ar hyn o bryd, mae datblygiadau mewn technoleg ffilm denau a thechnolegau sy'n dod i'r amlwg fel cadmium telluride a perovskites yn paratoi'r ffordd ar gyfer cymwysiadau solar mwy effeithlon ac integredig. Mae ynni solar yn dal i wynebu llawer o heriau, megis effaith amgylcheddol mwyngloddio deunydd crai a thagfeydd wrth gynhyrchu, ond wedi'r cyfan, mae'n ddiwydiant arloesol ac addawol sy'n tyfu'n gyflym.
Gyda'r cydbwysedd cywir o ddatblygiadau technolegol ac arferion cynaliadwy, bydd twf a datblygiad ynni'r haul yn paratoi'r ffordd ar gyfer dyfodol ynni glanach, mwy toreithiog. Oherwydd hyn, bydd yn dangos twf sylweddol yn y cymysgedd ynni yr Unol Daleithiau a disgwylir iddo ddod yn ateb cynaliadwy byd-eang.