සූර්ය කෝෂ වර්ග පිළිබඳ කෙටි සාකච්ඡාවක්

සූර්ය බලශක්තිය වරක් දියුණු අභ්‍යවකාශ යානාවල සහ සමහර විසිතුරු උපකරණවල සංරක්ෂණය වූ නමුත් එය තවදුරටත් එසේ නොවේ. පසුගිය දශකය තුළ සූර්ය බලශක්තිය නිෂ්චිත බලශක්ති ප්‍රභවයක සිට ගෝලීය බලශක්ති භූ දර්ශනයේ ප්‍රධාන කුළුණක් දක්වා පරිවර්තනය වී ඇත.

පෘථිවිය අඛණ්ඩව ආසන්න වශයෙන් 173,000TW සූර්ය විකිරණවලට නිරාවරණය වන අතර එය ගෝලීය සාමාන්‍ය විදුලි ඉල්ලුම මෙන් දස ගුණයකට වඩා වැඩිය.

[1] මෙයින් අදහස් කරන්නේ සූර්ය බලශක්තියට අපගේ සියලු බලශක්ති අවශ්‍යතා සපුරාලීමේ හැකියාව ඇති බවයි.

2023 පළමු භාගයේදී, සූර්ය බලශක්ති උත්පාදනය එක්සත් ජනපදයේ සමස්ත බලශක්ති උත්පාදනයෙන් 5.77% ක් වූ අතර එය 2022 දී 4.95% සිට වැඩි විය.

[2] ෆොසිල ඉන්ධන (ප්‍රධාන වශයෙන් ස්වාභාවික වායු සහ ගල් අඟුරු) 2022 දී එක්සත් ජනපදයේ බලශක්ති උත්පාදනයෙන් 60.4%ක් තරම් ප්‍රමාණයකට දායක වනු ඇත.

[3] නමුත් සූර්ය බලශක්තියේ වර්ධනය වන බලපෑම සහ සූර්ය බලශක්ති තාක්ෂණයේ වේගවත් සංවර්ධනය අවධානයට ලක්විය යුතුය.

 

සූර්ය කෝෂ වර්ග

 

වර්තමානයේ, වෙළඳපොලේ සූර්ය කෝෂ (ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා (PV) සෛල ලෙසද හැඳින්වේ) ප්‍රධාන කාණ්ඩ තුනක් ඇත: ස්ඵටික, තුනී පටල සහ නැගී එන තාක්ෂණයන්. මෙම බැටරි වර්ග තුනෙහි කාර්යක්ෂමතාව, පිරිවැය සහ ආයු කාලය අනුව ඔවුන්ගේම වාසි ඇත.

 

01 පළිඟු

බොහෝ නිවෙස් වහලයේ සූර්ය පැනල සෑදී ඇත්තේ අධි සංශුද්ධතාවයේ මොනොක්‍රිස්ටලීන් සිලිකන් වලින්. මෙම වර්ගයේ බැටරි මෑත වසරවලදී 26% කට වඩා වැඩි කාර්යක්ෂමතාවයක් සහ වසර 30 කට වඩා වැඩි සේවා කාලයක් ලබා ඇත.

[4] ගෘහස්ථ සූර්ය පැනලවල වත්මන් කාර්යක්ෂමතාව 22% පමණ වේ.

 

බහු ස්ඵටික සිලිකන් මිල මොනොක්‍රිස්ටලීන් සිලිකන් වලට වඩා අඩුය, නමුත් අඩු කාර්යක්ෂමතාවයක් සහ කෙටි ආයු කාලයක් ඇත. අඩු කාර්යක්ෂමතාව යනු වැඩි පැනල් සහ වැඩි ප්රදේශයක් අවශ්ය වේ.

 

සූර්ය කෝෂ බහු-හන්දි ගැලියම් ආසනයිඩ් (GaAs) තාක්ෂණය මත පදනම් වූ සම්ප්‍රදායික සූර්ය කෝෂවලට වඩා කාර්යක්ෂම වේ. මෙම සෛල බහු-ස්ථර ව්‍යුහයක් ඇති අතර, සෑම ස්ථරයක්ම සූර්යාලෝකයේ විවිධ තරංග ආයාම අවශෝෂණය කිරීම සඳහා ඉන්ඩියම් ගැලියම් ෆොස්ෆයිඩ් (GaInP), indium gallium arsenide (InGaAs) සහ ජර්මේනියම් (Ge) වැනි විවිධ ද්‍රව්‍ය භාවිතා කරයි. මෙම බහු සන්ධි සෛල ඉහළ කාර්යක්ෂමතාවයක් ලබා ගැනීමට අපේක්ෂා කළද, ඒවා තවමත් ඉහළ නිෂ්පාදන පිරිවැයකින් සහ නොමේරූ පර්යේෂණ හා සංවර්ධනයෙන් පීඩා විඳිති, එමඟින් ඒවායේ වාණිජ ශක්‍යතා සහ ප්‍රායෝගික යෙදුම් සීමා කරයි.

 

චිත්‍රපට 02

ගෝලීය වෙළඳපොලේ ඇති තුනී පටල ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා නිෂ්පාදනවල ප්‍රධාන ධාරාව කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් (CdTe) ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා මොඩියුල වේ. එවැනි මොඩියුල මිලියන ගණනක් ලොව පුරා ස්ථාපනය කර ඇති අතර, උපරිම බලශක්ති උත්පාදන ධාරිතාව 30GW ට වඩා වැඩි ය. ඒවා ප්‍රධාන වශයෙන් එක්සත් ජනපදයේ උපයෝගිතා පරිමාණ බලශක්ති උත්පාදනය සඳහා යොදා ගනී. කර්මාන්ත ශාලාව.

 

මෙම තුනී පටල තාක්ෂණයේ දී, වර්ග මීටර් 1 ක සූර්ය මොඩියුලයක AAA ප්‍රමාණයේ නිකල්-කැඩ්මියම් (Ni-Cd) බැටරියකට වඩා අඩු කැඩ්මියම් අඩංගු වේ. මීට අමතරව, සූර්ය මොඩියුලවල ඇති කැඩ්මියම් ටෙලුරියම් සමඟ බැඳී ඇති අතර එය ජලයේ දිය නොවන අතර 1,200 ° C තරම් ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ස්ථායීව පවතී. මෙම සාධක තුනී පටල බැටරිවල කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් භාවිතා කිරීමේ විෂ සහිත අනතුරු අවම කරයි.

 

පෘථිවි පෘෂ්ඨයේ ඇති ටෙලූරියම් අන්තර්ගතය මිලියනයකට කොටස් 0.001 ක් පමණි. ප්ලැටිනම් දුර්ලභ මූලද්‍රව්‍යයක් සේම, ටෙලූරියම් හි දුර්ලභත්වය කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් මොඩියුලයක මිලට සැලකිය යුතු ලෙස බලපෑ හැකිය. කෙසේ වෙතත්, ප්‍රතිචක්‍රීකරණ ක්‍රම මගින් මෙම ගැටළුව සමනය කළ හැකිය.

කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් මොඩියුලවල කාර්යක්ෂමතාව 18.6% දක්වා ළඟා විය හැකි අතර රසායනාගාර පරිසරයක බැටරි කාර්යක්ෂමතාව 22% ඉක්මවිය හැක. [5] දිගු කලක් තිස්සේ භාවිතා කරන ලද තඹ මාත්‍රණය වෙනුවට ආසනික් මාත්‍රණය භාවිතා කිරීමෙන් මොඩියුලයේ ආයු කාලය බෙහෙවින් වැඩි දියුණු කළ හැකි අතර ස්ඵටික බැටරි හා සැසඳිය හැකි මට්ටමකට ළඟා විය හැකිය.

 

03 නැගී එන තාක්ෂණයන්

 

අතිශය තුනී පටල (මයික්‍රෝන 1 ට අඩු) සහ සෘජු තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රම භාවිතයෙන් නැගී එන ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා තාක්ෂණයන් නිෂ්පාදන පිරිවැය අඩු කරන අතර සූර්ය කෝෂ සඳහා උසස් තත්ත්වයේ අර්ධ සන්නායක ලබා දෙනු ඇත. මෙම තාක්ෂණයන් සිලිකන්, කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් සහ ගැලියම් ආසනයිඩ් වැනි ස්ථාපිත ද්‍රව්‍ය සඳහා තරඟකරුවන් බවට පත්වනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ.

 

[6]මෙම ක්ෂේත්‍රයේ සුප්‍රසිද්ධ තුනී පටල තාක්ෂණයන් තුනක් ඇත: තඹ සින්ක් ටින් සල්ෆයිඩ් (Cu2ZnSnS4 හෝ CZTS), සින්ක් පොස්ෆයිඩ් (Zn3P2) සහ තනි බිත්ති සහිත කාබන් නැනෝ ටියුබ් (SWCNT). රසායනාගාර පසුබිමක, කොපර් ඉන්ඩියම් ගැලියම් සෙලනයිඩ් (CIGS) සූර්ය කෝෂ 22.4% ක ආකර්ෂණීය උපරිම කාර්යක්ෂමතාවයකට ළඟා වී ඇත. කෙසේ වෙතත්, එවැනි කාර්යක්ෂමතා මට්ටම් වාණිජ පරිමාණයෙන් අනුකරණය කිරීම අභියෝගයක් ලෙස පවතී.

[7] Lead halide perovskite තුනී පටල සෛල ආකර්ශනීය නැගී එන සූර්ය තාක්ෂණයකි. Perovskite යනු ABX3 රසායනික සූත්‍රයේ සාමාන්‍ය ස්ඵටික ව්‍යුහයක් සහිත ද්‍රව්‍ය වර්ගයකි. එය කහ, දුඹුරු හෝ කළු ඛනිජයක් වන අතර එහි ප්‍රධාන සංරචක කැල්සියම් ටයිටනේට් (CaTiO3) වේ. UK සමාගමක් වන Oxford PV විසින් නිෂ්පාදනය කරන ලද වාණිජ පරිමාණයේ සිලිකන් මත පදනම් වූ පෙරොව්ස්කයිට් ටැන්ඩම් සූර්ය කෝෂ 28.6% ක වාර්තාගත කාර්යක්ෂමතාවයක් ලබා ඇති අතර එය මේ වසරේ නිෂ්පාදනයට යයි.

[8] යන්තම් වසර කිහිපයකදී, perovskite සූර්ය කෝෂ දැනට පවතින කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් තුනී පටල සෛලවල කාර්යක්ෂමතාවයට සමාන කාර්යක්ෂමතාවයක් ලබා ගෙන ඇත. පෙරොව්ස්කයිට් බැටරිවල මුල් පර්යේෂණ හා සංවර්ධනයේ දී ආයු කාලය විශාල ප්‍රශ්නයක් වූ අතර එය ගණනය කළ හැක්කේ මාස කිහිපයකින් පමණි.

අද, perovskite සෛල වසර 25 ක් හෝ ඊට වැඩි සේවා කාලයක් ඇත. වර්තමානයේ, perovskite සූර්ය කෝෂවල වාසි වන්නේ ඉහළ පරිවර්තන කාර්යක්ෂමතාව (25% ට වඩා වැඩි), අඩු නිෂ්පාදන පිරිවැය සහ නිෂ්පාදන ක්රියාවලිය සඳහා අවශ්ය අඩු උෂ්ණත්වයයි.

 

ඒකාබද්ධ සූර්ය පැනල ගොඩනැගීම

 

සමහර සූර්ය කෝෂ නිර්මාණය කර ඇත්තේ සූර්ය වර්ණාවලියේ කොටසක් පමණක් ග්‍රහණය කර ගන්නා අතරම දෘශ්‍ය ආලෝකය හරහා ගමන් කිරීමට ඉඩ සලසා දීම සඳහාය. මෙම විනිවිද පෙනෙන සෛල ඩයි-සංවේදී සූර්ය කෝෂ (DSC) ලෙස හඳුන්වන අතර ඒවා 1991 දී ස්විට්සර්ලන්තයේ උපත ලැබීය. මෑත වසරවල නව පර්යේෂණ සහ සංවර්ධන ප්‍රතිඵල DSC වල කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කර ඇති අතර, මෙම සූර්ය පැනල වෙළඳපොලට පැමිණීමට වැඩි කලක් ගත නොවනු ඇත.

 

සමහර සමාගම් වීදුරු පොලිකාබනේට් ස්ථරවලට අකාබනික නැනෝ අංශු ඇතුල් කරයි. මෙම තාක්‍ෂණයේ ඇති නැනෝ අංශු වර්ණාවලියේ නිශ්චිත කොටස් වීදුරුවේ කෙළවරට මාරු කරන අතර එමඟින් බොහෝ වර්ණාවලිය හරහා ගමන් කිරීමට ඉඩ සලසයි. වීදුරුවේ කෙළවරට සංකේන්ද්‍රණය වී ඇති ආලෝකය සූර්ය කෝෂ මගින් ප්‍රයෝජනයට ගනී. මීට අමතරව, විනිවිද පෙනෙන සූර්ය කවුළු සඳහා perovskite තුනී පටල ද්රව්ය යෙදීම සහ බාහිර බිත්ති තැනීමේ තාක්ෂණය දැනට අධ්යයනය වෙමින් පවතී.

 

සූර්ය බලශක්තියට අවශ්‍ය අමුද්‍රව්‍ය

සූර්ය බලශක්ති උත්පාදනය වැඩි කිරීම සඳහා සිලිකන්, රිදී, තඹ සහ ඇලුමිනියම් වැනි වැදගත් අමුද්‍රව්‍ය කැණීමේ ඉල්ලුම වැඩි වනු ඇත. එක්සත් ජනපදයේ බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුව පවසන්නේ ලෝකයේ ලෝහමය ශ්‍රේණියේ සිලිකන් (MGS) වලින් 12% ක් පමණ සූර්ය පැනල සඳහා පොලිසිලිකන් බවට සකසන බවයි.

 

චීනය මෙම ක්ෂේත්‍රයේ ප්‍රධාන ක්‍රීඩකයෙකු වන අතර, 2020 දී ලොව MGS වලින් 70% ක් සහ එහි පොලිසිලිකන් සැපයුමෙන් 77% ක් පමණ නිෂ්පාදනය කරයි.

 

සිලිකන් පොලිසිලිකන් බවට පරිවර්තනය කිරීමේ ක්රියාවලිය ඉතා ඉහළ උෂ්ණත්වයන් අවශ්ය වේ. චීනයේ, මෙම ක්රියාවලීන් සඳහා ශක්තිය ප්රධාන වශයෙන් ගල් අඟුරු වලින් පැමිණේ. ෂින්ජියැන්ග්හි බහුල ගල් අඟුරු සම්පත් සහ අඩු විදුලි පිරිවැයක් ඇති අතර එහි පොලිසිලිකන් නිෂ්පාදනය ගෝලීය නිෂ්පාදනයෙන් 45% ක් වේ.

 

[12] සූර්ය පැනල නිෂ්පාදනය ලෝකයේ රිදීවලින් 10%ක් පමණ පරිභෝජනය කරයි. රිදී කැණීම මූලික වශයෙන් මෙක්සිකෝව, චීනය, පේරු, චිලී, ඕස්ට්‍රේලියාව, රුසියාව සහ පෝලන්තය යන රටවල සිදු වන අතර බැර ලෝහ දූෂණය වීම සහ ප්‍රාදේශීය ප්‍රජාවන් බලහත්කාරයෙන් නැවත පදිංචි කිරීම වැනි ගැටළු වලට තුඩු දිය හැකිය.

 

තඹ සහ ඇලුමිනියම් කැණීම ඉඩම් පරිහරණ අභියෝග ද මතු කරයි. ගෝලීය තඹ නිෂ්පාදනයෙන් 27% චිලී රාජ්‍යය වන අතර, පසුව පේරු (10%), චීනය (8%) සහ කොංගෝ ප්‍රජාතන්ත්‍රවාදී ජනරජය (8%) ලෙස එක්සත් ජනපද භූ විද්‍යා සමීක්ෂණය සටහන් කරයි. ජාත්‍යන්තර බලශක්ති ඒජන්සිය (IEA) විශ්වාස කරන්නේ 2050 වන විට ගෝලීය පුනර්ජනනීය බලශක්ති භාවිතය 100% දක්වා ළඟා වුවහොත් සූර්ය ව්‍යාපෘතිවලින් තඹ සඳහා ඇති ඉල්ලුම තුන් ගුණයකින් වැඩි වනු ඇති බවයි.

[13] නිගමනය

 

යම් දිනක සූර්ය බලශක්තිය අපගේ ප්‍රධාන බලශක්ති ප්‍රභවය බවට පත්වේවිද? සූර්ය බලශක්තියේ මිල පහත වැටෙමින් පවතින අතර කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු වේ. මේ අතර, තෝරා ගැනීමට විවිධ සූර්ය තාක්ෂණික මාර්ග තිබේ. අපි තාක්ෂණය එකක් හෝ දෙකක් හඳුනාගෙන ඒවා ඇත්ත වශයෙන්ම ක්‍රියාත්මක කරන්නේ කවදාද? සූර්ය ශක්තිය ජාලයට ඒකාබද්ධ කරන්නේ කෙසේද?

 

සූර්ය බලශක්තියේ විශේෂත්වයේ සිට ප්‍රධාන ධාරාව දක්වා පරිණාමය වීම අපගේ බලශක්ති අවශ්‍යතා සපුරාලීමට සහ ඉක්මවා යාමට එහි ඇති හැකියාව ඉස්මතු කරයි. ස්ඵටිකරූපී සූර්ය කෝෂ දැනට වෙළඳපොලේ ආධිපත්‍යය දරන අතර, තුනී පටල තාක්‍ෂණයේ දියුණුව සහ කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් සහ පෙරොව්ස්කයිට් වැනි නැගී එන තාක්ෂණයන් වඩාත් කාර්යක්ෂම හා ඒකාබද්ධ සූර්ය යෙදුම් සඳහා මග පාදයි. සූර්ය බලශක්තිය තවමත් අමුද්‍රව්‍ය කැණීමේ පාරිසරික බලපෑම සහ නිෂ්පාදනයේ ඇති බාධක වැනි බොහෝ අභියෝගවලට මුහුණ දෙයි, නමුත් සියල්ලට පසු, එය වේගයෙන් වර්ධනය වන, නව්‍ය හා පොරොන්දු වූ කර්මාන්තයකි.

 

තාක්‍ෂණික දියුණුව සහ තිරසාර භාවිතයන්හි නිවැරදි සමතුලිතතාවය සමඟ, සූර්ය බලශක්තියේ වර්ධනය හා සංවර්ධනය පිරිසිදු, වඩා බහුල බලශක්ති අනාගතයකට මග පාදයි. මේ නිසා, එය එක්සත් ජනපද බලශක්ති මිශ්‍රණයේ සැලකිය යුතු වර්ධනයක් පෙන්නුම් කරන අතර ගෝලීය තිරසාර විසඳුමක් බවට පත්වනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ.