Fréttir
Stutt umfjöllun um tegundir sólarsellu
Sólarorka var einu sinni varðveitt háþróuðum geimförum og nokkrum flottum græjum, en það er ekki lengur raunin. Á síðasta áratug hefur sólarorka breyst úr sessorkugjafa í stóra stoð í hnattrænu orkulandslagi.
Jörðin verður stöðugt fyrir um það bil 173.000TW af sólargeislun, sem er meira en tífalt meiri raforkuþörf á heimsvísu.
[1] Þetta þýðir að sólarorka hefur getu til að mæta allri orkuþörf okkar.
Á fyrri hluta ársins 2023 var sólarorkuframleiðsla 5,77% af heildarorkuframleiðslu Bandaríkjanna, en 4,95% árið 2022.
[2] Þrátt fyrir að jarðefnaeldsneyti (aðallega jarðgas og kol) muni vera allt að 60,4% af orkuframleiðslu Bandaríkjanna árið 2022,
[3] En vaxandi áhrif sólarorku og hröð þróun sólarorkutækni verðskulda athygli.
Eins og er, eru þrír meginflokkar sólarrafrumna (einnig þekkt sem ljósvökva (PV) frumur) á markaðnum: kristallað, þunnfilmu og ný tækni. Þessar þrjár gerðir af rafhlöðum hafa sína eigin kosti hvað varðar skilvirkni, kostnað og líftíma.
01 kristal
Flestar sólarplötur á þaki heima eru gerðar úr einkristalluðum sílikoni með miklum hreinleika. Þessi tegund af rafhlöðum hefur náð meira en 26% nýtni og endingartíma í meira en 30 ár undanfarin ár.
[4] Núverandi nýtni sólarrafhlöðu heimila er um 22%.
Fjölkristallaður kísill kostar minna en einkristallaður kísill, en er óhagkvæmari og hefur styttri líftíma. Minni skilvirkni þýðir að fleiri spjöld og meira svæði þarf.
Sólarsellur byggt á multi-junction gallium arsenide (GaAs) tækni eru skilvirkari en hefðbundnar sólarsellur. Þessar frumur eru með fjöllaga uppbyggingu og hvert lag notar mismunandi efni, eins og indíum gallíum fosfíð (GaInP), indíum gallíum arseníð (InGaAs) og germaníum (Ge), til að gleypa mismunandi bylgjulengdir sólarljóss. Þó að búist sé við að þessar fjöltengi frumur nái mikilli skilvirkni, þjást þær enn af háum framleiðslukostnaði og óþroskuðum rannsóknum og þróun, sem takmarkar viðskiptalega hagkvæmni þeirra og hagnýt notkun.
02 kvikmynd
Meginstraumur þunnfilmu ljósvökvaafurða á heimsmarkaði eru kadmíumtellúríð (CdTe) ljóseindaeiningar. Milljónir slíkra eininga hafa verið settar upp um allan heim, með hámarksaflframleiðslugetu meira en 30GW. Þeir eru aðallega notaðir til raforkuframleiðslu í rafveitum í Bandaríkjunum. verksmiðju.
Í þessari þunnfilmu tækni inniheldur 1 fermetra sólareining minna kadmíum en AAA-stærð nikkel-kadmíum (Ni-Cd) rafhlaða. Að auki er kadmíum í sólareiningum bundið tellúr, sem er óleysanlegt í vatni og helst stöðugt við hitastig allt að 1.200°C. Þessir þættir draga úr eituráhættu af notkun kadmíumtellúríðs í þunnfilmu rafhlöður.
Innihald tellúrs í jarðskorpunni er aðeins 0,001 hlutur á milljón. Rétt eins og platína er sjaldgæft frumefni, getur sjaldgæfur tellúr haft veruleg áhrif á kostnað kadmíumtellúríðeiningar. Hins vegar er hægt að draga úr þessu vandamáli með endurvinnsluaðferðum.
Skilvirkni kadmíumtellúríð eininga getur náð 18,6% og rafhlöðunýting í rannsóknarstofuumhverfi getur farið yfir 22%. [5] Með því að nota arseniklyf til að koma í stað koparlyfja, sem hefur verið notað í langan tíma, getur það bætt endingu einingarinnar til muna og náð sambærilegu stigi og kristalrafhlöður.
03 Ný tækni
Ný ljósatækni sem notar ofurþunnar filmur (minna en 1 míkron) og beina útfellingartækni mun draga úr framleiðslukostnaði og veita hágæða hálfleiðara fyrir sólarsellur. Búist er við að þessi tækni verði keppinautur við rótgróin efni eins og sílikon, kadmíumtellúríð og gallíumarseníð.
[6]Það eru þrjár vel þekktar þunnfilmutækni á þessu sviði: kopar sink tin súlfíð (Cu2ZnSnS4 eða CZTS), sink fosfíð (Zn3P2) og einvegg kolefni nanórör (SWCNT). Í rannsóknarstofu umhverfi hafa kopar indíum gallíum seleníð (CIGS) sólarsellur náð glæsilegri hámarksnýtni upp á 22,4%. Hins vegar er enn áskorun að endurtaka slík skilvirknistig á viðskiptalegum mælikvarða.
[7]Blýhalíð peróskít þunnfilmufrumur eru aðlaðandi sólartækni. Perovskite er tegund efnis með dæmigerða kristalbyggingu með efnaformúlu ABX3. Það er gult, brúnt eða svart steinefni þar sem aðalhluti þess er kalsíumtítanat (CaTiO3). Perovskite tandem sólarsellur í viðskiptalegum mælikvarða sem eru framleiddar af breska fyrirtækinu Oxford PV hafa náð metnýtni upp á 28,6% og munu fara í framleiðslu á þessu ári.
[8]Á örfáum árum hafa perovskít sólarsellur náð svipaðri skilvirkni og núverandi kadmíumtellúríð þunnfilmufrumur. Í fyrstu rannsóknum og þróun á perovskite rafhlöðum var líftími stórt mál, svo stuttur að aðeins var hægt að reikna hann í mánuðum.
Í dag hafa perovskite frumur endingartíma 25 ár eða meira. Eins og er eru kostir perovskite sólarfrumna mikil umbreytingarskilvirkni (meira en 25%), lágur framleiðslukostnaður og lágt hitastig sem þarf til framleiðsluferlisins.
Byggja samþætt sólarplötur
Sumar sólarsellur eru hannaðar til að fanga aðeins hluta af sólarrófinu en leyfa sýnilegu ljósi að fara í gegnum. Þessar gagnsæju frumur eru kallaðar litarnæmdar sólarsellur (DSC) og fæddust í Sviss árið 1991. Nýjar rannsóknir og þróunarniðurstöður á undanförnum árum hafa bætt skilvirkni DSC og það er kannski ekki langt þangað til þessar sólarplötur koma á markað.
Sum fyrirtæki dreifa ólífrænum nanóögnum í pólýkarbónatlög af gleri. Nanóagnirnar í þessari tækni færa tiltekna hluta litrófsins yfir á brún glersins og leyfa megninu af litrófinu að fara í gegnum. Ljósið sem safnast saman við brún glersins er síðan virkjað af sólarsellum. Að auki er nú verið að rannsaka tækni til að nota perovskite þunnfilmuefni á gagnsæja sólarglugga og byggingar útveggi.
Hráefni sem þarf til sólarorku
Til að auka sólarorkuframleiðslu mun eftirspurn eftir námuvinnslu á mikilvægum hráefnum eins og sílikoni, silfri, kopar og áli aukast. Bandaríska orkumálaráðuneytið segir að um það bil 12% af málmvinnslukísli í heiminum (MGS) sé unnin í pólýkísil fyrir sólarrafhlöður.
Kína er stór aðili á þessu sviði og framleiðir um það bil 70% af MGS heimsins og 77% af pólýkísilframboði sínu árið 2020.
Ferlið við að breyta kísil í pólýkísil krefst mjög hás hitastigs. Í Kína kemur orka til þessara ferla aðallega úr kolum. Xinjiang hefur miklar kolaauðlindir og lágan raforkukostnað og framleiðsla pólýkísils er 45% af heimsframleiðslunni.
[12] Framleiðsla á sólarrafhlöðum eyðir um það bil 10% af silfri heimsins. Silfurnám fer fyrst og fremst fram í Mexíkó, Kína, Perú, Chile, Ástralíu, Rússlandi og Póllandi og getur leitt til vandamála eins og þungmálmsmengunar og nauðungarflutninga sveitarfélaga.
Kopar- og álnámur valda einnig áskorunum um landnýtingu. Bandaríska jarðfræðistofnunin bendir á að Chile standi fyrir 27% af koparframleiðslu í heiminum, þar á eftir koma Perú (10%), Kína (8%) og Lýðveldið Kongó (8%). Alþjóðaorkumálastofnunin (IEA) telur að ef notkun endurnýjanlegrar orku á heimsvísu verði 100% árið 2050 muni eftirspurn eftir kopar frá sólarorkuverkefnum næstum þrefaldast.
[13]Niðurstaða
Verður sólarorka einn daginn okkar helsti orkugjafi? Verð á sólarorku lækkar og skilvirkni batnar. Í millitíðinni eru margar mismunandi sólartæknileiðir til að velja úr. Hvenær munum við bera kennsl á eina eða tvær tækni og láta þær virka í raun? Hvernig á að samþætta sólarorku inn í netið?
Þróun sólarorku frá sérgrein yfir í almennan straum undirstrikar möguleika hennar til að mæta og fara fram úr orkuþörf okkar. Þó að kristallaðar sólarsellur séu ráðandi á markaðnum um þessar mundir, eru framfarir í þunnfilmutækni og nýrri tækni eins og kadmíumtellúríð og perovskites að ryðja brautina fyrir skilvirkari og samþættari sólarnotkun. Sólarorka stendur enn frammi fyrir mörgum áskorunum, svo sem umhverfisáhrifum hráefnisnáms og flöskuhálsa í framleiðslu, en þegar allt kemur til alls er þetta ört vaxandi, nýstárleg og efnilegur iðnaður.
Með réttu jafnvægi milli tækniframfara og sjálfbærra starfshátta, mun vöxtur og þróun sólarorku greiða brautina fyrir hreinni og ríkulegri orkuframtíð. Vegna þessa mun það sýna verulegan vöxt í orkublöndunni í Bandaríkjunum og er búist við að það verði sjálfbær lausn á heimsvísu.