Còmhradh goirid air na seòrsaichean ceallan grèine

Bha lùth na grèine uaireigin na ghleidheil do shoithichean-fànais adhartach agus cuid de dh’ innealan snasail, ach chan eil sin fìor tuilleadh. Thairis air na deich bliadhna a dh’ fhalbh, tha lùth na grèine air cruth-atharrachadh bho stòr lùth sònraichte gu prìomh chrann de chruth-tìre lùth na cruinne.

Tha an talamh an-còmhnaidh fosgailte do timcheall air 173,000TW de rèididheachd grèine, a tha còrr air deich uiread na iarrtas cuibheasach dealain cruinneil.

[1] Tha seo a’ ciallachadh gu bheil comas aig lùth na grèine na feumalachdan lùtha againn uile a choileanadh.

Anns a’ chiad leth de 2023, bha gineadh cumhachd grèine a’ dèanamh suas 5.77% de ghineadh cumhachd iomlan na SA, suas bho 4.95% ann an 2022.

[2] Ged a bhios connadh fosail (gas nàdarrach agus gual sa mhòr-chuid) a’ dèanamh suas suas ri 60.4% de ghineadh cumhachd na SA ann an 2022,

[3] Ach tha buaidh fàsmhor lùth na grèine agus leasachadh luath teicneòlas lùth na grèine airidh air aire.

 

Seòrsaichean de cheallan grèine

 

An-dràsta, tha trì prìomh roinnean de cheallan grèine (ris an canar cuideachd ceallan photovoltaic (PV)) air a’ mhargaidh: criostalach, film tana, agus teicneòlasan a tha a’ tighinn am bàrr. Tha na buannachdan aca fhèin aig na trì seòrsaichean bataraidhean seo a thaobh èifeachdas, cosgais agus fad-beatha.

 

01 criostal

Tha a’ mhòr-chuid de phannalan grèine mullach taighe air an dèanamh le silicon monocrystalline àrd-ghlan. Tha an seòrsa bataraidh seo air èifeachdas nas àirde na 26% a choileanadh agus beatha seirbheis còrr is 30 bliadhna anns na bliadhnachan mu dheireadh.

[4] Tha èifeachdas gnàthach panalan grèine taighe timcheall air 22%.

 

Tha silicon polycrystalline a 'cosg nas lugha na silicon monocrystalline, ach chan eil e cho èifeachdach agus tha beatha nas giorra aige. Tha èifeachdas nas ìsle a’ ciallachadh gu bheil feum air barrachd phannalan agus barrachd àite.

 

Solar ceallan stèidhichte air teicneòlas ioma-snaim gallium arsenide (GaAs) nas èifeachdaiche na ceallan grèine traidiseanta. Tha structar ioma-fhilleadh aig na ceallan sin, agus bidh gach còmhdach a’ cleachdadh stuth eadar-dhealaichte, leithid indium gallium phosphide (GaInP), indium gallium arsenide (InGaAs) agus germanium (Ge), gus diofar tonnan de sholas na grèine a ghabhail a-steach. Ged a thathar an dùil gun coilean na ceallan ioma-thaobhach sin èifeachdas àrd, tha iad fhathast a’ fulang le cosgaisean saothrachaidh àrd agus rannsachadh is leasachadh neo-neònach, a tha a’ cuingealachadh an ion-dhèantachd malairteach agus an cleachdadh practaigeach.

 

02 film

Is e am prìomh-shruth de thoraidhean photovoltaic film tana ann am margaidh na cruinne modalan photovoltaic cadmium telluride (CdTe). Chaidh milleanan de mhodalan mar sin a chuir a-steach air feadh an t-saoghail, le comas gineadh cumhachd nas àirde na 30GW. Tha iad air an cleachdadh sa mhòr-chuid airson gineadh cumhachd aig ìre goireis anns na Stàitean Aonaichte. factaraidh.

 

Anns an teicneòlas film tana seo, tha nas lugha de cadmium ann am modal grèine 1-mheatair ceàrnagach na bataraidh nicil-cadmium (Ni-Cd) meud AAA. A bharrachd air an sin, tha an cadmium ann am modalan grèine ceangailte ri tellurium, nach eil so-sgaoilte ann an uisge agus a tha fhathast seasmhach aig teòthachd cho àrd ri 1,200 ° C. Bidh na factaran sin a’ lughdachadh nan cunnartan puinnseanta bho bhith a’ cleachdadh cadmium telluride ann am bataraidhean film tana.

 

Chan eil susbaint tellurium ann an rùsg na talmhainn ach 0.001 pàirt gach millean. Dìreach mar a tha platinum na eileamaid tearc, faodaidh cho tearc ‘s a tha tellurium buaidh mhòr a thoirt air cosgais modal cadmium telluride. Ach, tha e comasach an duilgheadas seo a lughdachadh tro chleachdaidhean ath-chuairteachaidh.

Faodaidh èifeachdas mhodalan cadmium telluride ruighinn 18.6%, agus faodaidh èifeachdas bataraidh ann an àrainneachd obair-lann a bhith nas àirde na 22%. [5] Le bhith a’ cleachdadh dopadh arsenic an àite dopadh copair, a chaidh a chleachdadh airson ùine mhòr, faodaidh e beatha a’ mhodal adhartachadh gu mòr agus ruighinn ìre a tha coltach ri bataraidhean criostail.

 

03 Teicneòlasan a tha a’ tighinn am bàrr

 

Lùghdaichidh teicneòlasan photovoltaic a tha a’ tighinn am bàrr a’ cleachdadh filmichean ultra-tana (nas lugha na 1 micron) agus dòighean tasgaidh dìreach cosgaisean cinneasachaidh agus bheir iad seachad semiconductors àrd-inbhe airson ceallan grèine. Thathas an dùil gum bi na teicneòlasan sin nam farpaisich do stuthan stèidhichte leithid silicon, cadmium telluride agus gallium arsenide.

 

[6] Tha trì teicneòlasan film tana ainmeil san raon seo: sulfide staoin sinc copair (Cu2ZnSnS4 no CZTS), sinc phosphide (Zn3P2) agus nanotubes gualain aon-bhalla (SWCNT). Ann an suidheachadh obair-lann, tha ceallan grèine copar indium gallium selenide (CIGS) air ruighinn àrd-èifeachdas drùidhteach de 22.4%. Ach, tha e fhathast na dhùbhlan a bhith ag ath-aithris ìrean èifeachdais mar sin air sgèile malairteach.

[7] Tha ceallan film tana halide perovskite nan teicneòlas grèine tarraingeach a tha a’ tighinn am bàrr. Is e seòrsa de stuth a th’ ann am Perovskite le structar criostail àbhaisteach den fhoirmle ceimigeach ABX3. Is e mèinnear buidhe, donn no dubh a th’ ann agus is e calcium titanate (CaTiO3) am prìomh phàirt. Tha ceallan grèine tandem perovskite stèidhichte air silicon air an dèanamh le companaidh RA Oxford PV air an ìre as àirde de 28.6% a choileanadh agus thèid iad gu cinneasachadh am-bliadhna.

[8] Ann am beagan bhliadhnaichean, tha ceallan grèine perovskite air èifeachdas a choileanadh coltach ris an fheadhainn ann an ceallan film tana cadmium telluride. Ann an rannsachadh tràth agus leasachadh bataraidhean perovskite, bha fad-beatha na chùis mhòr, cho goirid is nach gabhadh a thomhas ach ann am mìosan.

An-diugh, tha beatha seirbheis de cheallan perovskite 25 bliadhna no barrachd. An-dràsta, is e buannachdan ceallan grèine perovskite èifeachdas tionndaidh àrd (barrachd air 25%), cosgaisean toraidh ìosal agus teòthachd ìosal a dh ’fheumar airson a’ phròiseas toraidh.

 

Togalach panalan grèine aonaichte

 

Tha cuid de cheallan grèine air an dealbhadh gus dìreach cuibhreann de speactram na grèine a ghlacadh fhad ‘s a leigeas le solas faicsinneach a dhol troimhe. Canar ceallan grèine mothachail air dath (DSC) ris na ceallan follaiseach seo agus rugadh iad san Eilbheis ann an 1991. Tha toraidhean ùra R&D anns na bliadhnachan mu dheireadh air èifeachdas DSCn a leasachadh, agus is dòcha nach fhada gus am bi na panalan grèine sin air a’ mhargaidh.

 

Bidh cuid de chompanaidhean a’ cuir nanoparticles neo-organach a-steach do shreathan glainne polycarbonate. Bidh na nanoparticles san teicneòlas seo a’ gluasad pàirtean sònraichte den speactram gu oir na glainne, a’ leigeil leis a’ mhòr-chuid den speactram a dhol troimhe. Bidh an solas a tha cruinn aig oir na glainne an uairsin air a chleachdadh le ceallan grèine. A bharrachd air an sin, thathas an-dràsta a’ sgrùdadh teicneòlas airson stuthan film tana perovskite a chuir an sàs ann an uinneagan grèine follaiseach agus togail bhallachan a-muigh.

 

Stuthan amh a tha a dhìth airson lùth na grèine

Gus gineadh cumhachd na grèine a mheudachadh, meudaichidh an t-iarrtas airson mèinnearachd de stuthan amh cudromach leithid silicon, airgead, copar agus alùmanum. Tha Roinn Cumhachd na SA ag ràdh gu bheil timcheall air 12% de ìre sileaconach metallurgical (MGS) an t-saoghail air a phròiseasadh gu polysilicon airson panalan grèine.

 

Tha Sìona na phrìomh chluicheadair san raon seo, a’ toirt a-mach timcheall air 70% de MGS an t-saoghail agus 77% den t-solar polysilicon aca ann an 2020.

 

Feumaidh am pròiseas airson silicon atharrachadh gu polysilicon teòthachd fìor àrd. Ann an Sìona, tha lùth airson na pròiseasan sin gu ìre mhòr a 'tighinn bho ghual. Tha pailteas ghoireasan guail aig Xinjiang agus cosgaisean dealain ìosal, agus tha an riochdachadh polysilicon aige a’ dèanamh suas 45% de chinneasachadh cruinne.

 

[12] Bidh cinneasachadh panalan grèine a’ caitheamh timcheall air 10% de airgead an t-saoghail. Tha mèinneadh airgid a’ tachairt sa mhòr-chuid ann am Meagsago, Sìona, Peru, Chile, Astràilia, an Ruis agus a’ Phòlainn agus faodaidh seo leantainn gu duilgheadasan leithid truailleadh meatailt throm agus gluasad èignichte air coimhearsnachdan ionadail.

 

Tha mèinneadh copair agus alùmanum cuideachd nan dùbhlain a thaobh cleachdadh fearainn. Tha Suirbhidh Geòlais na SA a’ toirt fa-near gu bheil Chile a’ dèanamh suas 27% de chinneasachadh copair na cruinne, air a leantainn le Peru (10%), Sìona (8%) agus Poblachd Deamocratach a’ Chongo (8%). Tha a’ Bhuidheann Lùtha Eadar-nàiseanta (IEA) den bheachd ma ruigeas cleachdadh lùth ath-nuadhachail air feadh na cruinne 100% ro 2050, gum bi iarrtas airson copar bho phròiseactan grèine cha mhòr trì uiread.

[13]Co-dhùnadh

 

Am bi lùth na grèine aon latha na phrìomh thùs lùtha againn? Tha prìs lùth na grèine a’ tuiteam agus tha èifeachdas a’ dol am feabhas. Anns an eadar-ama, tha mòran shlighean teicneòlas grèine ann airson taghadh. Cuin a chomharraicheas sinn teicneòlas no dhà agus a bheir sinn orra obrachadh? Ciamar a chuireas tu lùth na grèine a-steach don ghriod?

 

Tha mean-fhàs lùth na grèine bho speisealachd gu prìomh-shruth a’ nochdadh a chomas a bhith a’ coinneachadh agus a’ dol thairis air na feumalachdan lùtha againn. Fhad ‘s a tha ceallan grèine criostalach a’ faighinn smachd air a ’mhargaidh an-dràsta, tha adhartasan ann an teicneòlas film tana agus teicneòlasan a tha a’ tighinn am bàrr leithid cadmium telluride agus perovskites ag ullachadh na slighe airson tagraidhean grèine nas èifeachdaiche agus nas aonaichte. Tha iomadh dùbhlan fhathast mu choinneamh lùth na grèine, leithid buaidh àrainneachdail mèinneadh stuthan amh agus botail ann an cinneasachadh, ach às deidh a h-uile càil, tha e na ghnìomhachas a tha a’ fàs gu luath, ùr-ghnàthach agus gealltanach.

 

Leis a’ chothromachadh ceart de adhartasan teicneòlach agus cleachdaidhean seasmhach, bidh fàs is leasachadh lùth na grèine a’ fuasgladh na slighe airson àm ri teachd lùth nas glaine agus nas pailte. Air sgàth seo, seallaidh e fàs mòr ann am measgachadh lùth na SA agus thathar an dùil gum bi e na fhuasgladh seasmhach cruinneil.