Мэдээ
Нарны зайн төрлүүдийн талаар товч хэлэлцүүлэг
Нарны эрчим хүч нь нэгэн цагт дэвшилтэт сансрын хөлөг болон зарим гоёмсог хэрэгслүүдийн нөөц байсан боловч одоо тийм биш болжээ. Сүүлийн 10 жилийн хугацаанд нарны эрчим хүч нь эрчим хүчний чухал эх үүсвэрээс дэлхийн эрчим хүчний ландшафтын гол тулгуур болж өөрчлөгдсөн.
Дэлхий ойролцоогоор 173,000 ТВт нарны цацрагт байнга өртдөг бөгөөд энэ нь дэлхийн дундаж цахилгаан эрчим хүчний хэрэгцээнээс арав дахин их юм.
[1] Энэ нь нарны эрчим хүч нь бидний эрчим хүчний бүх хэрэгцээг хангах чадвартай гэсэн үг юм.
2023 оны эхний хагаст нарны эрчим хүчний үйлдвэрлэл АНУ-ын нийт эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн 5,77%-ийг эзэлж байсан бол 2022 онд 4,95%-иар өссөн байна.
[2] Хэдийгээр 2022 онд АНУ-ын эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн 60.4 хувийг чулуужсан түлш (гол төлөв байгалийн хий, нүүрс) бүрдүүлнэ.
[3] Гэвч нарны эрчим хүчний өсөн нэмэгдэж буй нөлөө, нарны эрчим хүчний технологийн хурдацтай хөгжил нь анхаарал хандуулах ёстой.
Одоогоор зах зээл дээр нарны зайн гурван үндсэн ангиллыг (мөн фотоволтайк (PV) эс гэж нэрлэдэг) байдаг: талст, нимгэн хальс, шинээр гарч ирж буй технологи. Эдгээр гурван төрлийн батерей нь үр ашиг, өртөг, ашиглалтын хугацаандаа өөрийн гэсэн давуу талтай.
01 болор
Гэрийн дээврийн нарны хавтангийн ихэнх нь өндөр цэвэршилттэй монокристал цахиураар хийгдсэн байдаг. Энэ төрлийн батерей нь сүүлийн жилүүдэд 26% -иас дээш үр ашигтай ажиллаж, 30 гаруй жил ажилласан.
[4] Өрхийн нарны хавтангийн одоогийн үр ашиг 22% орчим байна.
Поликристал цахиур нь нэг талст цахиураас бага өртөгтэй боловч үр ашиг багатай, ашиглалтын хугацаа богино байдаг. Үр ашиг бага байна гэдэг нь илүү олон хавтан, илүү их талбай шаардлагатай гэсэн үг юм.
Нарны эсүүд Олон уулзварт галлийн арсенид (GaAs) технологид суурилсан нь уламжлалт нарны зайнаас илүү үр ашигтай байдаг. Эдгээр эсүүд нь олон давхаргат бүтэцтэй бөгөөд давхарга бүр нь нарны гэрлийн долгионы уртыг шингээхийн тулд индий галлийн фосфид (GaInP), индий галлийн арсенид (InGaAs), германий (Ge) зэрэг өөр өөр материалыг ашигладаг. Эдгээр олон уулзвар эсүүд нь өндөр үр ашигтай байх төлөвтэй байгаа ч үйлдвэрлэлийн өндөр өртөг, боловсронгуй бус судалгаа, боловсруулалтаас болж зовж шаналж байгаа нь тэдний арилжааны боломж, практик хэрэглээг хязгаарладаг.
02 кино
Дэлхийн зах зээл дээрх нимгэн хальсан фотоволтайк бүтээгдэхүүний гол урсгал нь кадми теллурид (CdTe) фотоволтайк модулиуд юм. Дэлхий даяар сая сая ийм модулиудыг суурилуулсан бөгөөд эрчим хүч үйлдвэрлэх дээд хүчин чадал нь 30 ГВт-аас дээш байна. Тэдгээрийг ихэвчлэн АНУ-д цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашигладаг. үйлдвэр.
Энэхүү нимгэн хальсан технологид 1 квадрат метр талбайтай нарны модуль нь AAA хэмжээтэй никель-кадми (Ni-Cd) зайнаас бага кадми агуулдаг. Нэмж дурдахад нарны модуль дахь кадми нь усанд уусдаггүй теллуртай холбогддог бөгөөд 1200 хэм хүртэл өндөр температурт тогтвортой байдаг. Эдгээр хүчин зүйлс нь нимгэн хальсан батерейнд кадми теллуридыг ашиглахад үзүүлэх хор хөнөөлийг бууруулдаг.
Дэлхийн царцдас дахь теллурын агууламж саяд ердөө 0.001 хэсэг байдаг. Цагаан алт нь ховор элементийн нэгэн адил теллур ховор байх нь кадми теллуридын модулийн өртөгт ихээхэн нөлөөлдөг. Гэсэн хэдий ч дахин боловсруулалт хийх замаар энэ асуудлыг арилгах боломжтой.
Кадми теллуридын модулиудын үр ашиг 18.6%, лабораторийн орчинд батерейны үр ашиг 22% -иас давж болно. [5] Удаан хугацаанд ашиглагдаж байсан зэсийн допингийг орлуулахын тулд хүнцлийн допинг ашиглах нь модулийн ашиглалтын хугацааг ихээхэн сайжруулж, болор батерейтай харьцуулахуйц түвшинд хүрч чадна.
03 Шинээр гарч ирж буй технологи
Хэт нимгэн хальс (1 микроноос бага) болон шууд буулгах техникийг ашиглан шинээр гарч ирж буй фотоволтайк технологи нь үйлдвэрлэлийн зардлыг бууруулж, нарны зайг өндөр чанартай хагас дамжуулагчаар хангах болно. Эдгээр технологи нь цахиур, кадми теллурид, галлийн арсенид гэх мэт тогтсон материалуудын өрсөлдөгч болох төлөвтэй байна.
[6]Энэ салбарт гурван алдартай нимгэн хальсан технологи байдаг: зэс цайрын цагаан тугалганы сульфид (Cu2ZnSnS4 эсвэл CZTS), цайрын фосфид (Zn3P2) болон нэг ханатай нүүрстөрөгчийн нано хоолой (SWCNT). Лабораторийн нөхцөлд зэс индий галлийн селенид (CIGS) нарны эсүүд 22.4% -ийн гайхалтай үр ашигт хүрсэн байна. Гэсэн хэдий ч ийм үр ашгийн түвшинг арилжааны хэмжээнд хуулбарлах нь бэрхшээлтэй хэвээр байна.
[7] Хар тугалганы галидын перовскит нимгэн хальсан эсүүд нь шинээр гарч ирж буй нарны технологи юм. Перовскит нь ABX3 химийн томъёоны ердийн болор бүтэцтэй бодис юм. Энэ нь шар, хүрэн эсвэл хар өнгийн эрдэс бөгөөд гол бүрэлдэхүүн хэсэг нь кальцийн титанат (CaTiO3) юм. Их Британийн Oxford PV компанийн үйлдвэрлэсэн, арилжааны хэмжээний цахиурт суурилсан перовскит тандем нарны зайнууд 28.6%-ийн үр ашигтай үр дүнд хүрч, энэ онд үйлдвэрлэгдэнэ.
[8] Хэдхэн жилийн дотор перовскит нарны эсүүд нь одоо байгаа кадми теллуридын нимгэн хальсан эсүүдтэй ижил үр ашигтай болсон. Перовскит батерейг судлах, хөгжүүлэх эхэн үед ашиглалтын хугацаа нь маш том асуудал байсан тул маш богино хугацаанд үүнийг зөвхөн хэдэн сараар тооцоолох боломжтой байв.
Өнөөдөр перовскит эсийн ашиглалтын хугацаа 25 жил ба түүнээс дээш байдаг. Одоогийн байдлаар перовскит нарны зайн давуу тал нь хувиргах өндөр үр ашиг (25% -иас дээш), үйлдвэрлэлийн зардал бага, үйлдвэрлэлийн процесст шаардагдах бага температур юм.
Нэгдсэн нарны хавтан барих
Зарим нарны эсүүд нь нарны спектрийн зөвхөн тодорхой хэсгийг авахын зэрэгцээ харагдах гэрлийг нэвтрүүлэхэд зориулагдсан байдаг. Эдгээр тунгалаг эсүүдийг будаг мэдрэмтгий нарны зай (DSC) гэж нэрлэдэг бөгөөд 1991 онд Швейцарьт төрсөн. Сүүлийн жилүүдэд гарсан шинэ судалгаа, шинжилгээний үр дүн нь DSC-ийн үр ашгийг дээшлүүлсэн бөгөөд эдгээр нарны хавтангууд зах зээлд гарахад тун удахгүй байж магадгүй юм.
Зарим компаниуд органик бус нано бөөмсийг шилний поликарбонат давхаргад дуслаар хийдэг. Энэхүү технологийн нано хэсгүүд нь спектрийн тодорхой хэсгийг шилний ирмэг рүү шилжүүлж, спектрийн ихэнх хэсгийг нэвтрүүлэх боломжийг олгодог. Шилний ирмэг дээр төвлөрсөн гэрлийг дараа нь нарны зайнууд ашигладаг. Түүнчлэн нарны шилний тунгалаг цонх, гадна хана барихад перовскит нимгэн хальсан материалыг түрхэх технологийг одоогоор судалж байна.
Нарны эрчим хүч үйлдвэрлэхэд шаардлагатай түүхий эд
Нарны эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлэхийн тулд цахиур, мөнгө, зэс, хөнгөн цагаан зэрэг чухал түүхий эдийг олборлох эрэлт нэмэгдэнэ. АНУ-ын Эрчим хүчний яам дэлхийн металлургийн зэрэглэлийн цахиурын (MGS) ойролцоогоор 12% нь нарны зайн хавтанд зориулж полисиликон боловсруулдаг гэж мэдэгджээ.
Хятад улс энэ салбарт томоохон тоглогч бөгөөд 2020 онд дэлхийн MGS-ийн 70 орчим хувийг, полисиликон нийлүүлэлтийн 77 хувийг үйлдвэрлэдэг.
Цахиурыг полисиликон болгон хувиргах үйл явц нь маш өндөр температур шаарддаг. Хятадад эдгээр үйл явцын эрчим хүчийг ихэвчлэн нүүрснээс авдаг. Шинжаан нь нүүрсний арвин нөөцтэй, цахилгаан эрчим хүчний зардал багатай бөгөөд полисиликон үйлдвэрлэл нь дэлхийн үйлдвэрлэлийн 45%-ийг эзэлдэг.
[12] Нарны хавтан үйлдвэрлэхэд дэлхийн нийт мөнгөний 10 орчим хувийг зарцуулдаг. Мөнгө олборлолт нь Мексик, Хятад, Перу, Чили, Австрали, Орос, Польш улсад голчлон явагддаг бөгөөд хүнд металлын бохирдол, орон нутгийн иргэдийг албадан нүүлгэн шилжүүлэх зэрэг асуудалд хүргэдэг.
Зэс, хөнгөн цагааны олборлолт нь мөн газар ашиглалтад хүндрэл учруулдаг. Чили улс дэлхийн зэсийн үйлдвэрлэлийн 27%, Перу (10%), Хятад (8%), Бүгд Найрамдах Ардчилсан Конго Улс (8%) удаалж байгааг АНУ-ын Геологийн алба тэмдэглэжээ. Хэрэв 2050 он гэхэд дэлхийн сэргээгдэх эрчим хүчний хэрэглээ 100 хувьд хүрвэл нарны эрчим хүчний төслийн зэсийн эрэлт бараг гурав дахин нэмэгдэнэ гэж Олон улсын эрчим хүчний агентлаг (ОУЭА) үзэж байна.
[13] Дүгнэлт
Хэзээ нэгэн цагт нарны эрчим хүч бидний гол эрчим хүчний эх үүсвэр болох уу? Нарны эрчим хүчний үнэ буурч, үр ашиг нь сайжирч байна. Энэ хооронд нарны эрчим хүчийг ашиглах олон янзын арга замууд бий. Хэзээ бид ганц хоёр технологийг тодорхойлж, бодитойгоор ажиллуулах вэ? Нарны эрчим хүчийг сүлжээнд хэрхэн нэгтгэх вэ?
Нарны эрчим хүчний төрөлжсөн чиглэлээс үндсэн чиглэл рүү шилжих хувьсал нь бидний эрчим хүчний хэрэгцээг хангах, давах боломжийг онцолж байна. Талст нарны зай одоогоор зах зээлд ноёрхож байгаа ч нимгэн хальсан технологийн дэвшил, кадми теллурид, перовскит зэрэг шинээр гарч ирж буй технологиуд нь нарны эрчим хүчийг илүү үр ашигтай, нэгдмэл байдлаар ашиглах замыг нээж байна. Нарны эрчим хүч нь түүхий эдийн олборлолтын байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөлөл, үйлдвэрлэлийн гацаа зэрэг олон сорилттой тулгарсаар байгаа ч эцсийн дүндээ эрчимтэй хөгжиж буй, шинэлэг, ирээдүйтэй салбар юм.
Технологийн дэвшил, тогтвортой практикийг зөв тэнцвэржүүлснээр нарны эрчим хүчний өсөлт, хөгжил нь илүү цэвэр, илүү элбэг эрчим хүчний ирээдүйг бий болгоно. Үүний улмаас энэ нь АНУ-ын эрчим хүчний холимогт мэдэгдэхүйц өсөлтийг харуулах бөгөөд дэлхийн тогтвортой шийдэл болох төлөвтэй байна.