Жаңалықтар
Күн батареяларының түрлері туралы қысқаша пікірталас
Күн энергиясы бір кездері жетілдірілген ғарыш аппараттары мен кейбір сәнді гаджеттердің қоры болды, бірақ енді олай емес. Соңғы онжылдықта күн энергиясы тауашалық қуат көзінен жаһандық энергетикалық ландшафттың негізгі тірегіне айналды.
Жер үздіксіз шамамен 173 000 ТВт күн радиациясына ұшырайды, бұл электр энергиясына дүниежүзілік орташа сұраныстан он есе артық.
[1] Бұл күн энергиясының біздің барлық қуат қажеттіліктерімізді қанағаттандыру мүмкіндігі бар дегенді білдіреді.
2023 жылдың бірінші жартыжылдығында күн энергиясын өндіру АҚШ-тағы электр энергиясын өндірудің жалпы көлемінің 5,77%-ын құрады, бұл 2022 жылғы 4,95%-дан жоғары.
[2] Қазба отындары (негізінен табиғи газ және көмір) 2022 жылы АҚШ-тағы электр қуатының 60,4%-ын құрайтынына қарамастан,
[3] Бірақ күн энергиясының өсіп келе жатқан әсері және күн энергиясы технологиясының қарқынды дамуы назар аударуға тұрарлық.
Қазіргі уақытта нарықта күн батареяларының үш негізгі санаты бар (сонымен қатар фотоэлектрлік (ФВ) элементтер ретінде белгілі): кристалды, жұқа қабықшалы және дамып келе жатқан технологиялар. Батареялардың бұл үш түрінің тиімділігі, құны және қызмет ету мерзімі бойынша өзіндік артықшылықтары бар.
01 кристал
Үй төбесіндегі күн батареяларының көпшілігі тазалығы жоғары монокристалды кремнийден жасалған. Аккумулятордың бұл түрі соңғы жылдары 26%-дан астам тиімділікке және 30 жылдан астам қызмет ету мерзіміне қол жеткізді.
[4] Тұрмыстық күн панельдерінің қазіргі тиімділігі шамамен 22% құрайды.
Поликристалды кремнийдің құны монокристалды кремнийден аз, бірақ тиімділігі төмен және қызмет ету мерзімі қысқа. Төмен тиімділік көбірек панельдер мен көбірек аумақты қажет етеді.
Күн батареялары көп түйіспелі галлий арсениді (GaAs) технологиясына негізделген дәстүрлі күн батареяларына қарағанда тиімдірек. Бұл жасушалар көп қабатты құрылымға ие және әр қабат күн сәулесінің әртүрлі толқын ұзындығын жұту үшін индий галлий фосфиді (GaInP), индий галлий арсениді (InGaAs) және германий (Ge) сияқты әртүрлі материалды пайдаланады. Бұл көп қосылыс ұяшықтары жоғары тиімділікке қол жеткізеді деп күтілсе де, олар әлі де жоғары өндірістік шығындар мен жетілмеген зерттеулер мен әзірлемелерден зардап шегеді, бұл олардың коммерциялық мүмкіншілігі мен практикалық қолданылуын шектейді.
02 фильм
Әлемдік нарықтағы жұқа пленкалы фотоэлектрлі өнімдердің негізгі ағымы кадмий теллурид (CdTe) фотоэлектрлік модульдері болып табылады. Мұндай миллиондаған модульдер бүкіл әлемде орнатылды, олардың ең жоғары қуаттылығы 30 ГВт-тан асады. Олар негізінен Америка Құрама Штаттарында электр қуатын өндіру үшін қолданылады. зауыт.
Бұл жұқа пленка технологиясында 1 шаршы метр күн модулінің құрамында AAA өлшемді никель-кадмий (Ni-Cd) батареясына қарағанда аз кадмий бар. Сонымен қатар, күн модульдеріндегі кадмий суда ерімейтін және 1200°С жоғары температурада тұрақты болып қалатын теллурмен байланысқан. Бұл факторлар жұқа үлбірлі аккумуляторларда кадмий теллуридті қолданудың улы қаупін азайтады.
Жер қыртысындағы теллурдың мөлшері миллионға небәрі 0,001 бөлікті құрайды. Платина сирек кездесетін элемент сияқты, теллурдың сиректігі кадмий теллурид модулінің құнына айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Дегенмен, қайта өңдеу тәжірибесі арқылы бұл мәселені жеңілдетуге болады.
Кадмий теллуридті модульдердің тиімділігі 18,6% жетуі мүмкін, ал зертханалық ортада батареяның тиімділігі 22% -дан асуы мүмкін. [5] Ұзақ уақыт бойы қолданылған мыс қоспасын ауыстыру үшін мышьяк қоспасын пайдалану модульдің қызмет ету мерзімін едәуір жақсартып, кристалды батареялармен салыстырылатын деңгейге жетуі мүмкін.
03 Жаңа технологиялар
Ультра жұқа қабықшаларды (1 микроннан аз) және тікелей тұндыру әдістерін пайдаланатын жаңа фотоэлектрлік технологиялар өндіріс шығындарын азайтады және күн батареялары үшін жоғары сапалы жартылай өткізгіштерді қамтамасыз етеді. Бұл технологиялар кремний, кадмий теллуриді және галлий арсениді сияқты белгіленген материалдарға бәсекелес болады деп күтілуде.
[6]Бұл салада үш белгілі жұқа пленка технологиясы бар: мыс мырыш қалайы сульфиді (Cu2ZnSnS4 немесе CZTS), мырыш фосфиді (Zn3P2) және бір қабырғалы көміртекті нанотүтіктер (SWCNT). Зертханалық жағдайда мыс индий галлий селениді (CIGS) күн батареялары 22,4% әсерлі ең жоғары тиімділікке жетті. Дегенмен, мұндай тиімділік деңгейлерін коммерциялық ауқымда көшіру қиын болып қала береді.
[7]Қорғасын галогенді перовскит жұқа қабықша жасушалары - бұл тартымды дамып келе жатқан күн технологиясы. Перовскит - ABX3 химиялық формуласының типтік кристалдық құрылымы бар зат түрі. Бұл сары, қоңыр немесе қара түсті минерал, оның негізгі компоненті кальций титанаты (CaTiO3). Британдық Oxford PV компаниясы шығарған коммерциялық ауқымдағы кремний негізіндегі перовскит тандемді күн батареялары рекордтық тиімділікке қол жеткізді 28,6% және осы жылы өндіріске енеді.
[8]Бірнеше жылдың ішінде перовскит күн батареялары бар кадмий теллуридті жұқа қабықшалы жасушалармен бірдей тиімділікке қол жеткізді. Перовскит батареяларының алғашқы зерттеулері мен дамуы кезінде қызмет ету мерзімі үлкен мәселе болды, соншалықты қысқа, оны тек айлармен есептеуге болады.
Бүгінгі күні перовскит жасушаларының қызмет ету мерзімі 25 жыл немесе одан да көп. Қазіргі уақытта перовскит күн батареяларының артықшылығы - жоғары конверсиялық тиімділік (25% -дан астам), өндірістің төмен шығындары және өндіріс процесіне қажетті төмен температура.
Біріктірілген күн панельдерін салу
Кейбір күн батареялары көрінетін жарықтың өтуіне мүмкіндік бере отырып, күн спектрінің бір бөлігін ғана түсіруге арналған. Бұл мөлдір жасушалар бояғышқа сезімтал күн батареялары (DSC) деп аталады және 1991 жылы Швейцарияда дүниеге келген. Соңғы жылдардағы жаңа ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстар нәтижелері DSCs тиімділігін арттырды және бұл күн панельдерінің нарыққа шығуына көп уақыт өтпейді.
Кейбір компаниялар бейорганикалық нанобөлшектерді әйнектің поликарбонат қабаттарына енгізеді. Бұл технологиядағы нанобөлшектер спектрдің белгілі бір бөліктерін әйнектің шетіне ауыстырып, спектрдің көп бөлігін өтуге мүмкіндік береді. Содан кейін әйнектің шетінде шоғырланған жарық күн батареялары арқылы алынады. Сонымен қатар, қазіргі уақытта мөлдір күн терезелері мен сыртқы қабырғаларды салуға перовскит жұқа пленка материалдарын қолдану технологиясы зерттелуде.
Күн энергиясына қажетті шикізат
Күн энергиясын өндіруді арттыру үшін кремний, күміс, мыс және алюминий сияқты маңызды шикізатты өндіруге сұраныс артады. АҚШ Энергетика министрлігі дүние жүзіндегі металлургиялық кремнийдің (MGS) шамамен 12%-ы күн панельдері үшін полисилицийге өңделетінін айтады.
Қытай бұл саладағы негізгі ойыншы болып табылады, ол 2020 жылы әлемдегі MGS шамамен 70% және полисилиций жеткізілімінің 77% өндіреді.
Кремнийді полисилицийге айналдыру процесі өте жоғары температураны қажет етеді. Қытайда бұл процестер үшін энергия негізінен көмірден алынады. Шыңжаңда көмір ресурстары мол және электр энергиясының төмен құны бар және оның полисилиций өндірісі әлемдік өндірістің 45% құрайды.
[12]Күн панельдерін өндіру әлемдегі күмістің шамамен 10%-ын тұтынады. Күміс өндіру ең алдымен Мексикада, Қытайда, Перуде, Чилиде, Австралияда, Ресейде және Польшада орын алады және ауыр металдардың ластануы және жергілікті қауымдастықтың мәжбүрлі қоныс аударуы сияқты мәселелерге әкелуі мүмкін.
Мыс пен алюминий өндіру де жерді пайдалануда қиындықтар туғызады. АҚШ-тың Геологиялық қызметі Чилидің үлесіне әлемдік мыс өндірісінің 27%, одан кейін Перу (10%), Қытай (8%) және Конго Демократиялық Республикасы (8%) келетінін атап өтті. Халықаралық энергия агенттігі (IEA) егер жаһандық жаңартылатын энергияны пайдалану 2050 жылға қарай 100% жетсе, күн жобаларының мысқа сұранысы шамамен үш есе өседі деп есептейді.
[13]Қорытынды
Күн энергиясы бір күні біздің негізгі қуат көзімізге айнала ма? Күн энергиясының бағасы төмендеп, тиімділігі артып келеді. Сонымен қатар, таңдауға болатын көптеген күн технологиясының бағыттары бар. Қашан бір-екі технологияны анықтап, оларды нақты іске қосамыз? Күн энергиясын желіге қалай біріктіруге болады?
Күн энергиясының мамандықтан негізгі ағымға дейін эволюциясы оның біздің энергия қажеттіліктерін қанағаттандыру және одан асып түсу әлеуетін көрсетеді. Қазіргі уақытта нарықта кристалды күн батареялары басым болса да, жұқа пленка технологиясы мен кадмий теллуриді мен перовскит сияқты дамып келе жатқан технологиялардағы жетістіктер күн энергиясын тиімдірек және біріктірілген қолданбаларға жол ашуда. Күн энергиясы әлі күнге дейін шикізат өндірудің қоршаған ортаға әсері және өндірістегі тар жолдар сияқты көптеген қиындықтармен бетпе-бет келеді, бірақ бұл өте жылдам дамып келе жатқан, инновациялық және болашағы бар сала.
Технологиялық жетістіктер мен тұрақты тәжірибелердің дұрыс теңгерімімен күн энергиясының өсуі мен дамуы энергияның таза, мол болашағына жол ашады. Осыған байланысты ол АҚШ-тың энергетикалық кешенінде айтарлықтай өсуді көрсетеді және жаһандық тұрақты шешімге айналады деп күтілуде.