Жаңылыктар
Күн батареяларынын түрлөрү боюнча кыскача талкуу
Күн энергиясы бир кезде өнүккөн космостук аппараттардын жана кээ бир кооз гаджеттердин сакталышы болгон, бирок азыр андай эмес. Акыркы он жылдын ичинде күн энергиясы энергетикалык булактан глобалдык энергетикалык ландшафттын негизги түркүгүнө айланды.
Жер тынымсыз болжол менен 173 000 ТВт күн радиациясына дуушар болот, бул дүйнөлүк орточо электр энергиясына болгон талаптан он эсе көп.
[1] Бул күн энергиясы биздин бардык энергия муктаждыктарыбызды канааттандыруу мүмкүнчүлүгүнө ээ экенин билдирет.
2023-жылдын биринчи жарымында күн энергиясын өндүрүү АКШда электр энергиясын өндүрүүнүн жалпы көлөмүнүн 5,77% түздү, 2022-жылдагы 4,95%.
[2] Фоссилдик отундар (негизинен жаратылыш газы жана көмүр) 2022-жылы АКШнын электр энергиясын өндүрүүнүн 60,4% түзөт.
[3] Бирок күн энергиясынын өсүп жаткан таасири жана күн энергиясы технологиясынын тез өнүгүшү көңүл бурууга татыктуу.
Учурда рынокто күн батареяларынын үч негизги категориясы бар (ошондой эле фотоэлектрдик (PV) клеткалар катары белгилүү): кристаллдык, ичке пленкалуу жана өнүгүп келе жаткан технологиялар. Батарейкалардын бул үч түрү эффективдүүлүгү, наркы жана иштөө мөөнөтү боюнча өзүнүн артыкчылыктарына ээ.
01 кристалл
Көпчүлүк үйдүн чатырындагы күн панелдери таза монокристаллдык кремнийден жасалган. Аккумулятордун бул түрү акыркы жылдарда 26%дан ашык эффективдүүлүккө жана 30 жылдан ашык кызмат көрсөтүүгө жетишкен.
[4] Учурдагы үй күн батареяларынын эффективдүүлүгү болжол менен 22% түзөт.
Поликристалл кремнийдин баасы монокристалл кремнийге караганда азыраак, бирок эффективдүү эмес жана кызмат мөөнөтү кыскараак. Төмөнкү эффективдүүлүк көбүрөөк панелдерди жана көбүрөөк аянтты талап кылат.
Күн клеткалары көп түйүндүү галлий арсениди (GaAs) технологиясына негизделген, салттуу күн батареяларына караганда натыйжалуураак. Бул клеткалар көп катмарлуу түзүлүшкө ээ жана ар бир катмар күн нурунун ар кандай толкун узундуктарын сиңирүү үчүн индий галлий фосфиди (GaInP), индий галлий арсениди (InGaAs) жана германий (Ge) сыяктуу башка материалды колдонот. Бул көп түйүндүү клеткалар жогорку натыйжалуулукка жетиши күтүлүүдө, бирок алар дагы эле жогорку өндүрүштүк чыгымдардан жана жетиле элек изилдөөлөрдөн жана иштеп чыгуулардан жапа чегишет, бул алардын коммерциялык максатка ылайыктуулугун жана практикалык колдонуусун чектейт.
02 фильм
Дүйнөлүк рынокто жука пленкалуу фотоэлектрдик продукциянын негизги агымы кадмий теллурид (CdTe) фотоэлектрдик модулдары болуп саналат. Дүйнө жүзү боюнча миллиондогон мындай модулдар орнотулган, алардын кубаттуулугу 30 ГВттан ашат. Алар, негизинен, Кошмо Штаттарда коммуналдык масштабда электр энергиясын өндүрүү үчүн колдонулат. фабрика.
Бул жука пленка технологиясында 1 чарчы метрлик күн модулу AAA өлчөмүндөгү никель-кадмий (Ni-Cd) батареясына караганда азыраак кадмийди камтыйт. Мындан тышкары, күн модулдарындагы кадмий теллур менен байланышкан, ал сууда эрибейт жана 1200°Сге чейинки температурада туруктуу бойдон калат. Бул факторлор ичке пленкалуу батареяларда кадмий теллуридди колдонуунун уулуу коркунучтарын азайтат.
Жер кыртышында теллурдун курамы миллиондо 0,001 гана бөлүктү түзөт. Платина сейрек кездешүүчү элемент сыяктуу эле, теллурдун сейрек болушу кадмий теллуриддин модулунун баасына олуттуу таасир этиши мүмкүн. Бирок, бул көйгөйдү кайра иштетүү практикасы аркылуу жеңилдетүүгө болот.
Кадмий теллурид модулдарынын натыйжалуулугу 18,6% га жетиши мүмкүн, ал эми лабораториялык чөйрөдө батареянын натыйжалуулугу 22% дан ашат. [5] Узак убакыттан бери колдонулуп келе жаткан жез допингинин ордуна мышьяктын допингин колдонуу модулдун иштөө мөөнөтүн бир топ жакшыртат жана кристалл батарейкаларына окшош деңгээлге жетет.
03 енугуп жаткан технологиялар
Ультра жука пленкаларды (1 микрондон кем эмес) жана түз түшүрүү ыкмаларын колдонуу менен өнүгүп келе жаткан фотоэлектрдик технологиялар өндүрүштүк чыгымдарды азайтат жана күн батареялары үчүн жогорку сапаттагы жарым өткөргүчтөрдү камсыз кылат. Бул технологиялар кремний, кадмий теллурид жана галлий арсениди сыяктуу белгиленген материалдарга атаандаш болот деп күтүлүүдө.
[6]Бул тармакта үч белгилүү жука пленка технологиялары бар: жез цинктин сульфиди (Cu2ZnSnS4 же CZTS), цинк фосфиди (Zn3P2) жана бир дубалдуу көмүртек нанотүтүктөрү (SWCNT). Лабораториялык шартта, жез индий галлий селениди (CIGS) күн батареялары 22,4% таасирдүү чокусуна жеткен. Бирок, мындай натыйжалуулукту коммерциялык масштабда кайталоо кыйынчылык бойдон калууда.
[7] Коргошун галогенди перовскит жука пленка клеткалары жагымдуу өнүгүп келе жаткан күн технологиясы. Перовскит - ABX3 химиялык формуласынын типтүү кристаллдык түзүлүшү менен заттын бир түрү. Бул сары, күрөң же кара түстөгү минерал, анын негизги компоненти кальций титанаты (CaTiO3). Улуу Британиянын Oxford PV компаниясы чыгарган коммерциялык масштабдагы кремний негизиндеги перовскит тандемдик күн батареялары 28,6% рекорддук эффективдүүлүккө жетишти жана быйыл өндүрүшкө кирет.
[8]Бир нече жылдын ичинде перовскит күн батареялары кадмий теллуриддин ичке пленкалуу клеткаларына окшош эффективдүүлүккө жетишти. Перовскит батарейкаларынын алгачкы изилдөөлөрүндө жана иштеп чыгууларында өмүрүнүн узактыгы чоң маселе болгон, ошондуктан аны айлар менен гана эсептөөгө болот.
Бүгүнкү күндө перовскит клеткаларынын кызмат мөөнөтү 25 жыл же андан көп. Азыркы учурда, перовскит күн батареяларынын артыкчылыктары жогорку конверсиялык эффективдүүлүк (25% дан ашык), өндүрүш процессине керектүү төмөн өндүрүштүк чыгымдар жана төмөн температура.
Интегралдык күн панелдерин куруу
Кээ бир күн батареялары көзгө көрүнгөн жарыктын өтүшүнө жол берип, күн спектринин бир бөлүгүн гана басып алуу үчүн иштелип чыккан. Бул тунук клеткалар боёк-сезгичтүү күн батареялары (DSC) деп аталат жана 1991-жылы Швейцарияда төрөлгөн. Акыркы жылдардагы жаңы R&D натыйжалары DSCтердин эффективдүүлүгүн жакшыртты жана бул күн панелдери рынокко чыга электе көп өтпөй калышы мүмкүн.
Кээ бир компаниялар органикалык эмес нанобөлүкчөлөрдү айнектин поликарбонат катмарларына куюшат. Бул технологиядагы нанобөлүкчөлөр спектрдин белгилүү бөлүктөрүн айнектин четине жылдырып, спектрдин көпчүлүк бөлүгүн өткөрүүгө мүмкүндүк берет. Айнек четинде топтолгон жарык андан кийин күн батареялары тарабынан колдонулат. Мындан тышкары, учурда перовскит жука пленкалуу материалдарды тунук күн терезелерине колдонуу жана сырткы дубалдарды куруу технологиясы изилденип жатат.
Күн энергиясы үчүн керектүү сырье
Күн энергиясын өндүрүүнү көбөйтүү үчүн кремний, күмүш, жез жана алюминий сыяктуу маанилүү чийки заттарды казып алууга суроо-талап өсөт. АКШнын Энергетика министрлиги дүйнөдөгү металлургиялык кремнийдин (MGS) болжол менен 12% күн панелдери үчүн полисилицийге иштетилет деп билдирди.
Кытай бул жаатта негизги оюнчу болуп саналат, ал 2020-жылы дүйнөдөгү MGSдин болжол менен 70% жана полисиликон менен камсыздоонун 77% өндүрөт.
Кремнийди полисиликонго айландыруу процесси өтө жогорку температураны талап кылат. Кытайда бул процесстер үчүн энергия негизинен көмүрдөн алынат. Шинжаңда көп көмүр ресурстары бар жана электр энергиясынын арзан баалары бар жана анын полисилиций өндүрүшү дүйнөлүк өндүрүштүн 45% түзөт.
[12]Күн панелдерин өндүрүү дүйнөдөгү күмүштүн болжол менен 10% керектейт. Күмүш казып алуу негизинен Мексикада, Кытайда, Перуда, Чилиде, Австралияда, Россияда жана Польшада болот жана оор металлдардын булганышы жана жергиликтүү жамааттарды мажбурлап көчүрүү сыяктуу көйгөйлөргө алып келиши мүмкүн.
Жезди жана алюминийди казып алуу да жерди пайдаланууда кыйынчылыктарды жаратат. АКШнын Геологиялык кызматы Чилиге дүйнөлүк жез өндүрүшүнүн 27% туура келет, андан кийин Перу (10%), Кытай (8%) жана Конго Демократиялык Республикасы (8%) экенин белгилейт. Эл аралык энергетикалык агенттик (IEA) эгер 2050-жылга карата дүйнөлүк энергиянын кайра жаралуучу булактарын пайдалануу 100% жетсе, күн долбоорлорунан жезге болгон суроо-талап дээрлик үч эсеге көбөйөт деп эсептейт.
[13] Корутунду
Күн энергиясы бир күнү биздин негизги энергия булагыбыз болуп калабы? Күн энергиясынын баасы арзандап, эффективдүүлүктү жогорулатууда. Ошол эле учурда, тандоо үчүн көптөгөн ар кандай күн технология жолдору бар. Качан биз бир же эки технологияны аныктап, аларды иш жүзүндө иштетебиз? Күн энергиясын тармакка кантип киргизүү керек?
Күн энергиясынын адистиктен негизги агымга эволюциясы анын биздин энергетикалык муктаждыктарыбызды канааттандыруу жана андан ашуу мүмкүнчүлүгүн көрсөтөт. Азыркы учурда кристаллдык күн батареялары рынокто үстөмдүк кылып жатканы менен, ичке пленкалуу технологиядагы жетишкендиктер жана кадмий теллуриди жана перовскит сыяктуу жаңы технологиялардын жетишкендиктери кыйла натыйжалуу жана комплекстүү күн колдонууга жол ачып жатат. Күн энергиясы дагы эле көптөгөн кыйынчылыктарга дуушар болууда, мисалы, чийки затты казып алуунун айлана-чөйрөгө тийгизген таасири жана өндүрүштөгү тоскоолдуктар, бирок акырында бул тез өнүгүп жаткан, инновациялык жана келечектүү тармак.
Технологиялык жетишкендиктер менен туруктуу тажрыйбалардын туура балансы менен күн энергиясынын өсүшү жана өнүгүшү таза, көбүрөөк энергия келечегине жол ачат. Ушундан улам, ал АКШнын энергетикалык комплексинде олуттуу өсүштү көрсөтөт жана глобалдык туруктуу чечим болуп калышы күтүлүүдө.