Novaĵoj
Mallonga diskuto pri la specoj de sunaj ĉeloj
Sunenergio iam estis la konservaĵo de altnivelaj kosmoŝipoj kaj kelkaj luksaj aparatoj, sed tio ne plu estas la kazo. Dum la pasinta jardeko, suna energio transformiĝis de niĉa energifonto al grava kolono de la tutmonda energia pejzaĝo.
La tero estas senĉese elmontrita al proksimume 173,000TW da suna radiado, kio estas pli ol dekoble la tutmonda averaĝa elektropostulo.
[1] Tio signifas ke sunenergio havas la kapablon renkonti ĉiujn niajn energibezonojn.
En la unua duono de 2023, sunenergioproduktado konsistigis 5.77% de totala usona elektroproduktado, pli ol 4.95% en 2022.
[2] Kvankam fosiliaj fueloj (ĉefe tergaso kaj karbo) konsistigos eĉ 60.4% de usona elektroproduktado en 2022,
[3] Sed la kreskanta influo de sunenergio kaj la rapida evoluo de sunenergioteknologio meritas atenton.
Nuntempe, ekzistas tri ĉefaj kategorioj da sunĉeloj (ankaŭ konataj kiel fotovoltaecaj (PV) ĉeloj) sur la merkato: kristalaj, maldikfilmaj kaj emerĝantaj teknologioj. Ĉi tiuj tri specoj de kuirilaroj havas siajn proprajn avantaĝojn laŭ efikeco, kosto kaj vivdaŭro.
01 kristalo
Plej multaj hejmtegmentaj sunpaneloj estas faritaj el altpura monokristala silicio. Ĉi tiu tipo de kuirilaro atingis efikecon de pli ol 26% kaj servodaŭro de pli ol 30 jaroj en la lastaj jaroj.
[4] La nuna efikeco de hejmaj sunpaneloj estas proksimume 22%.
Polikristala silicio kostas malpli ol monokristala silicio, sed estas malpli efika kaj havas pli mallongan vivotempon. Pli malalta efikeco signifas pli da paneloj kaj pli da areo estas necesaj.
Sunĉeloj bazita sur multi-krucvoja galiumarsenido (GaAs) teknologio estas pli efikaj ol tradiciaj sunĉeloj. Tiuj ĉeloj havas plurtavolan strukturon, kaj ĉiu tavolo uzas malsaman materialon, kiel ekzemple india galiumfosfido (GaInP), india galiumarsenido (InGaAs) kaj germanio (Ge), por absorbi malsamajn ondolongojn de sunlumo. Kvankam ĉi tiuj multijunkciaj ĉeloj estas atenditaj atingi altajn efikecojn, ili daŭre suferas de altaj produktadkostoj kaj nematura esplorado kaj evoluo, kiu limigas sian komercan fareblecon kaj praktikajn aplikojn.
02 filmo
La ĉefa fluo de maldikfilmaj fotovoltaikaj produktoj en la tutmonda merkato estas kadmiotelurido (CdTe) fotovoltaikaj moduloj. Milionoj da tiaj moduloj estis instalitaj tra la mondo, kun pinta elektroproduktadkapacito de pli ol 30GW. Ili estas plejparte uzitaj por utilskala elektroproduktado en Usono. fabriko.
En ĉi tiu maldikfilma teknologio, 1-kvadratmetra suna modulo enhavas malpli da kadmio ol AAA-granda nikel-kadmio (Ni-Cd) baterio. Krome, la kadmio en sunaj moduloj estas ligita al telurio, kiu estas nesolvebla en akvo kaj restas stabila ĉe temperaturoj ĝis 1 200 °C. Tiuj faktoroj mildigas la toksajn danĝerojn de uzado de kadmiotelurido en maldikfilmaj baterioj.
La enhavo de telurio en la terkrusto estas nur 0,001 partoj per miliono. Same kiel plateno estas malofta elemento, la maloftaĵo de teluro povas signife influi la koston de kadmiotelurida modulo. Tamen, estas eble mildigi ĉi tiun problemon per reciklaj praktikoj.
La efikeco de kadmiaj teluridaj moduloj povas atingi 18,6%, kaj la bateria efikeco en laboratorio-medio povas superi 22%. [5] Uzi arseniko-dopadon por anstataŭigi kupran dopadon, kiu estis uzata delonge, povas multe plibonigi la modulan vivon kaj atingi nivelon komparebla al kristalaj baterioj.
03Emerĝantaj teknologioj
Emerĝantaj fotovoltaikaj teknologioj uzantaj ultra-maldikaj filmoj (malpli ol 1 mikrono) kaj rektan deponteknikojn reduktos produktokostojn kaj provizos altkvalitajn duonkonduktaĵojn por sunĉeloj. Tiuj teknologioj estas atenditaj iĝi konkurantoj al establitaj materialoj kiel ekzemple silicio, kadmiotelurido kaj galiumarsenido.
[6] Ekzistas tri bonkonataj maldikaj filmteknologioj en tiu kampo: kupra zinka stana sulfido (Cu2ZnSnS4 aŭ CZTS), zinkfosfido (Zn3P2) kaj unumuraj karbonnanotuboj (SWCNT). En laboratorio, kupraj indiaj galiumselenidoj (CIGS) sunaj ĉeloj atingis imponan maksimuman efikecon de 22,4%. Tamen, reprodukti tiajn efikecnivelojn sur komerca skalo restas defio.
[7] Plumbohalogenuro perovskita maldika filmo ĉeloj estas alloga emerĝanta suna teknologio. Perovskito estas speco de substanco kun tipa kristala strukturo de la kemia formulo ABX3. Ĝi estas flava, bruna aŭ nigra mineralo, kies ĉefa komponanto estas kalcia titanato (CaTiO3). Komerceskala silicio-bazita perovskita tandemaj sunĉeloj produktitaj de brita kompanio Oxford PV atingis rekordan efikecon de 28.6% kaj ekproduktiĝos ĉi-jare.
[8] En nur kelkaj jaroj, perovskitaj sunĉeloj atingis efikecojn similajn al tiuj de ekzistantaj kadmioteluridaj maldikfilmaj ĉeloj. En la frua esplorado kaj evoluo de perovskitaj baterioj, vivdaŭro estis granda problemo, tiel mallonga ke ĝi povus esti kalkulita nur en monatoj.
Hodiaŭ, perovskitaj ĉeloj havas funkcidaŭron de 25 jaroj aŭ pli. Nuntempe, la avantaĝoj de perovskita sunĉeloj estas alta konverta efikeco (pli ol 25%), malaltaj produktokostoj kaj malaltaj temperaturoj necesaj por la produktada procezo.
Konstruado de integraj sunpaneloj
Kelkaj sunĉeloj estas dizajnitaj por kapti nur parton de la suna spektro permesante al videbla lumo trapasi. Ĉi tiuj travideblaj ĉeloj estas nomitaj tinkturfarboj-sentemaj sunĉeloj (DSC) kaj naskiĝis en Svislando en 1991. Novaj R&D-rezultoj en la lastaj jaroj plibonigis la efikecon de DSCoj, kaj eble ne daŭros longe antaŭ ol ĉi tiuj sunpaneloj estos sur la merkato.
Kelkaj firmaoj infuzas neorganikajn nanopartiklojn en polikarbonatajn tavolojn de vitro. La nanopartikloj en ĉi tiu teknologio ŝanĝas specifajn partojn de la spektro al la rando de la vitro, permesante al la plej granda parto de la spektro trapasi. La lumo koncentrita ĉe la rando de la vitro tiam estas kontrolita per sunĉeloj. Krome, teknologio por apliki perovskitajn maldikfilmajn materialojn al travideblaj sunaj fenestroj kaj konstrui eksterajn murojn estas nuntempe studata.
Krudmaterialoj necesaj por suna energio
Por pliigi sunenergion, pliiĝos la postulo pri minado de gravaj krudaĵoj kiel silicio, arĝento, kupro kaj aluminio. La Usona Sekcio de Energio deklaras ke proksimume 12% de la metalurgia silicio de la mondo (MGS) estas prilaboritaj en polisilicon por sunpaneloj.
Ĉinio estas grava ludanto en ĉi tiu kampo, produktante proksimume 70% de la MGS de la mondo kaj 77% de sia polisilicia provizo en 2020.
La procezo de konvertado de silicio en polisilicon postulas tre altajn temperaturojn. En Ĉinio, energio por ĉi tiuj procezoj ĉefe devenas de karbo. Xinjiang havas abundajn karbresursojn kaj malaltajn elektrokostojn, kaj ĝia polisilicia produktado okupas 45% de la tutmonda produktado.
[12]La produktado de sunpaneloj konsumas proksimume 10% de la arĝento de la mondo. Arĝentminado okazas ĉefe en Meksiko, Ĉinio, Peruo, Ĉilio, Aŭstralio, Rusio kaj Pollando kaj povas konduki al problemoj kiel pezmetala poluado kaj malvola translokado de hejmkomunumoj.
Kupro kaj aluminio-minado ankaŭ prezentas teruzodefiojn. La Usona Geologia Enketo notas, ke Ĉilio okupas 27% de la tutmonda kuproproduktado, sekvata de Peruo (10%), Ĉinio (8%) kaj Demokratia Respubliko Kongo (8%). La Internacia Energio-Agentejo (IEA) opinias, ke se tutmonda renoviĝanta energio uzado atingos 100% antaŭ 2050, postulo de kupro de sunaj projektoj preskaŭ triobliĝos.
[13]Konkludo
Ĉu suna energio iam fariĝos nia ĉefa energifonto? La prezo de suna energio malpliiĝas kaj efikeco pliboniĝas. Intertempe, estas multaj malsamaj sunteknologiaj itineroj por elekti. Kiam ni identigos unu aŭ du teknologiojn kaj faros ilin efektive funkcii? Kiel integri sunenergion en la reton?
La evoluado de sunenergio de specialaĵo al ĉeftendenco elstarigas ĝian potencialon renkonti kaj superi niajn energibezonojn. Dum kristalaj sunĉeloj nuntempe dominas la merkaton, progresoj en maldikfilma teknologio kaj emerĝantaj teknologioj kiel kadmiotelurido kaj perovskitoj pavimas la vojon por pli efikaj kaj integraj sunaj aplikoj. Sunenergio ankoraŭ alfrontas multajn defiojn, kiel la median efikon de krudmaterialo-minado kaj botelpunktojn en produktado, sed finfine ĝi estas rapide kreskanta, noviga kaj promesplena industrio.
Kun la ĝusta ekvilibro de teknologiaj progresoj kaj daŭrigeblaj praktikoj, la kresko kaj disvolviĝo de suna energio pavimos la vojon al pli pura, pli abunda energia estonteco. Pro tio, ĝi montros signifan kreskon en la usona energimiksaĵo kaj estas atendita iĝi tutmonda daŭrigebla solvo.