Një diskutim i shkurtër mbi llojet e qelizave diellore

Energjia diellore dikur ishte ruajtja e anijeve të avancuara kozmike dhe disa veglave të bukura, por kjo nuk është më kështu. Gjatë dekadës së fundit, energjia diellore është shndërruar nga një burim i veçantë energjie në një shtyllë kryesore të peizazhit global të energjisë.

Toka është vazhdimisht e ekspozuar ndaj rreth 173,000 TW rrezatimi diellor, që është më shumë se dhjetë herë më shumë se kërkesa mesatare globale për energji elektrike.

[1] Kjo do të thotë se energjia diellore ka aftësinë të plotësojë të gjitha nevojat tona për energji.

Në gjysmën e parë të vitit 2023, prodhimi i energjisë diellore përbënte 5.77% të gjenerimit total të energjisë në SHBA, nga 4.95% në 2022.

[2] Edhe pse lëndët djegëse fosile (kryesisht gazi natyror dhe qymyri) do të përbëjnë deri në 60.4% të prodhimit të energjisë në SHBA në vitin 2022,

[3] Por ndikimi në rritje i energjisë diellore dhe zhvillimi i shpejtë i teknologjisë së energjisë diellore meritojnë vëmendje.

 

Llojet e qelizave diellore

 

Aktualisht, ekzistojnë tre kategori kryesore të qelizave diellore (të njohura edhe si qeliza fotovoltaike (PV)) në treg: teknologjitë kristalore, me shtresë të hollë dhe teknologjitë në zhvillim. Këto tre lloje të baterive kanë avantazhet e tyre për sa i përket efikasitetit, kostos dhe jetëgjatësisë.

 

01 kristal

Shumica e paneleve diellore të çatisë së shtëpisë janë bërë nga silikoni monokristaline me pastërti të lartë. Ky lloj baterie ka arritur një efikasitet prej më shumë se 26% dhe një jetëgjatësi shërbimi prej më shumë se 30 vjet në vitet e fundit.

[4] Efikasiteti aktual i paneleve diellore shtëpiake është rreth 22%.

 

Silikoni polikristalor kushton më pak se silikoni monokristalor, por është më pak efikas dhe ka një jetëgjatësi më të shkurtër. Efikasiteti më i ulët do të thotë që nevojiten më shumë panele dhe më shumë sipërfaqe.

 

Qelizat diellore bazuar në teknologjinë e arsenidit të galiumit me shumë kryqëzime (GaAs) janë më efikase se qelizat diellore tradicionale. Këto qeliza kanë një strukturë me shumë shtresa dhe secila shtresë përdor një material të ndryshëm, si fosfidi i galiumit të indiumit (GaInP), arsenidi i galiumit të indiumit (InGaAs) dhe germaniumi (Ge), për të thithur gjatësi vale të ndryshme të dritës së diellit. Megjithëse këto qeliza me shumë lidhje pritet të arrijnë efikasitet të lartë, ato ende vuajnë nga kostot e larta të prodhimit dhe kërkimi dhe zhvillimi i papjekur, gjë që kufizon fizibilitetin e tyre komercial dhe aplikimet praktike.

 

02 film

Rryma kryesore e produkteve fotovoltaike me film të hollë në tregun global janë modulet fotovoltaike të teluridit të kadmiumit (CdTe). Miliona module të tilla janë instaluar në mbarë botën, me një kapacitet maksimal të prodhimit të energjisë prej më shumë se 30 GW. Ato përdoren kryesisht për prodhimin e energjisë elektrike në shkallë të shërbimeve në Shtetet e Bashkuara. fabrika.

 

Në këtë teknologji me shtresë të hollë, një modul diellor 1 metër katror përmban më pak kadmium sesa një bateri nikel-kadmiumi (Ni-Cd) me madhësi AAA. Përveç kësaj, kadmiumi në modulet diellore është i lidhur me teluriumin, i cili është i pazgjidhshëm në ujë dhe mbetet i qëndrueshëm në temperatura deri në 1200°C. Këta faktorë zbusin rreziqet toksike të përdorimit të teluridit të kadmiumit në bateritë me shtresë të hollë.

 

Përmbajtja e teluriumit në koren e tokës është vetëm 0,001 pjesë për milion. Ashtu si platini është një element i rrallë, rrallësia e telurit mund të ndikojë ndjeshëm në koston e një moduli të teluridit të kadmiumit. Megjithatë, është e mundur të zbutet ky problem përmes praktikave të riciklimit.

Efikasiteti i moduleve të teluridit të kadmiumit mund të arrijë 18.6%, dhe efikasiteti i baterisë në një mjedis laboratorik mund të kalojë 22%. [5] Përdorimi i dopingut të arsenikut për të zëvendësuar dopingun e bakrit, i cili është përdorur për një kohë të gjatë, mund të përmirësojë shumë jetëgjatësinë e modulit dhe të arrijë një nivel të krahasueshëm me bateritë kristalore.

 

03 Teknologjitë në zhvillim

 

Teknologjitë e reja fotovoltaike duke përdorur filma ultra të hollë (më pak se 1 mikron) dhe teknikat e depozitimit të drejtpërdrejtë do të ulin kostot e prodhimit dhe do të ofrojnë gjysmëpërçues me cilësi të lartë për qelizat diellore. Këto teknologji pritet të bëhen konkurrentë të materialeve të krijuara si silikoni, teluridi i kadmiumit dhe arsenidi i galiumit.

 

[6] Ekzistojnë tre teknologji të njohura të filmit të hollë në këtë fushë: sulfuri i kallajit të zinkut të bakrit (Cu2ZnSnS4 ose CZTS), fosfidi i zinkut (Zn3P2) dhe nanotubat karboni me një mur (SWCNT). Në një mjedis laboratorik, qelizat diellore të bakrit indium galium selenide (CIGS) kanë arritur një efikasitet maksimal mbresëlënës prej 22.4%. Megjithatë, përsëritja e niveleve të tilla të efikasitetit në një shkallë komerciale mbetet një sfidë.

[7] Qelizat e filmit të hollë të perovskitit të halidit të plumbit janë një teknologji diellore tërheqëse në zhvillim. Perovskiti është një lloj lënde me një strukturë tipike kristalore të formulës kimike ABX3. Është një mineral i verdhë, kafe ose i zi, përbërësi kryesor i të cilit është titanati i kalciumit (CaTiO3). Qelizat diellore tandem perovskite me bazë silikoni në shkallë komerciale të prodhuara nga kompania britanike Oxford PV kanë arritur një efikasitet rekord prej 28.6% dhe do të hyjnë në prodhim këtë vit.

[8] Në vetëm pak vite, qelizat diellore perovskite kanë arritur efikasitet të ngjashëm me ato të qelizave ekzistuese me shtresë të hollë të kadmium teluridit. Në kërkimin dhe zhvillimin e hershëm të baterive perovskite, jetëgjatësia ishte një problem i madh, aq i shkurtër sa mund të llogaritej vetëm në muaj.

Sot, qelizat perovskite kanë një jetë shërbimi prej 25 vjetësh ose më shumë. Aktualisht, avantazhet e qelizave diellore perovskite janë efikasiteti i lartë i konvertimit (më shumë se 25%), kostot e ulëta të prodhimit dhe temperaturat e ulëta të kërkuara për procesin e prodhimit.

 

Ndërtimi i paneleve diellore të integruara

 

Disa qeliza diellore janë krijuar për të kapur vetëm një pjesë të spektrit diellor duke lejuar që drita e dukshme të kalojë. Këto qeliza transparente quhen qeliza diellore të sensibilizuara nga ngjyra (DSC) dhe kanë lindur në Zvicër në vitin 1991. Rezultatet e reja të R&D në vitet e fundit kanë përmirësuar efikasitetin e DSC-ve dhe mund të mos kalojë shumë kohë para se këto panele diellore të dalin në treg.

 

Disa kompani futin nanogrimca inorganike në shtresa polikarbonate qelqi. Nanogrimcat në këtë teknologji zhvendosin pjesë të veçanta të spektrit në skajin e xhamit, duke lejuar që pjesa më e madhe e spektrit të kalojë. Drita e përqendruar në skajin e xhamit shfrytëzohet më pas nga qelizat diellore. Për më tepër, aktualisht po studiohet teknologjia për aplikimin e materialeve të filmit të hollë perovskite në dritare diellore transparente dhe në muret e jashtme të ndërtimit.

 

Lëndët e para të nevojshme për energjinë diellore

Për të rritur prodhimin e energjisë diellore, kërkesa për minierat e lëndëve të para të rëndësishme si silikoni, argjendi, bakri dhe alumini do të rritet. Departamenti Amerikan i Energjisë deklaron se afërsisht 12% e silikonit të klasës metalurgjike në botë (MGS) përpunohet në polisilik për panele diellore.

 

Kina është një lojtar kryesor në këtë fushë, duke prodhuar afërsisht 70% të MGS në botë dhe 77% të furnizimit të saj me polisilik në 2020.

 

Procesi i shndërrimit të silikonit në polisilik kërkon temperatura shumë të larta. Në Kinë, energjia për këto procese vjen kryesisht nga qymyri. Xinjiang ka burime të bollshme qymyri dhe kosto të ulëta të energjisë elektrike, dhe prodhimi i tij i polisilikonit përbën 45% të prodhimit global.

 

[12] Prodhimi i paneleve diellore konsumon afërsisht 10% të argjendit në botë. Minierat e argjendit ndodhin kryesisht në Meksikë, Kinë, Peru, Kili, Australi, Rusi dhe Poloni dhe mund të çojnë në probleme të tilla si kontaminimi i metaleve të rënda dhe zhvendosja e detyruar e komuniteteve lokale.

 

Minierat e bakrit dhe aluminit paraqesin gjithashtu sfida të përdorimit të tokës. Shërbimi Gjeologjik i SHBA-së vëren se Kili përbën 27% të prodhimit global të bakrit, i ndjekur nga Peruja (10%), Kina (8%) dhe Republika Demokratike e Kongos (8%). Agjencia Ndërkombëtare e Energjisë (IEA) beson se nëse përdorimi global i energjisë së rinovueshme arrin 100% deri në vitin 2050, kërkesa për bakër nga projektet diellore gati do të trefishohet.

[13]Përfundim

 

A do të bëhet një ditë energjia diellore burimi ynë kryesor i energjisë? Çmimi i energjisë diellore po bie dhe efikasiteti po përmirësohet. Ndërkohë, ka shumë rrugë të ndryshme të teknologjisë diellore për të zgjedhur. Kur do të identifikojmë një ose dy teknologji dhe do t'i bëjmë ato të funksionojnë realisht? Si të integroni energjinë diellore në rrjet?

 

Evoluimi i energjisë diellore nga specialiteti në rrjedhën kryesore nxjerr në pah potencialin e saj për të përmbushur dhe tejkaluar nevojat tona për energji. Ndërsa qelizat diellore kristalore dominojnë aktualisht tregun, përparimet në teknologjinë e shtresës së hollë dhe teknologjitë në zhvillim si teluridi i kadmiumit dhe perovskit po hapin rrugën për aplikime diellore më efikase dhe të integruara. Energjia diellore ende përballet me shumë sfida, si ndikimi mjedisor i minierave të lëndëve të para dhe pengesat në prodhim, por në fund të fundit, ajo është një industri me rritje të shpejtë, inovative dhe premtuese.

 

Me ekuilibrin e duhur të përparimeve teknologjike dhe praktikave të qëndrueshme, rritja dhe zhvillimi i energjisë diellore do të hapë rrugën për një të ardhme energjie më të pastër dhe më të bollshme. Për shkak të kësaj, ajo do të tregojë rritje të konsiderueshme në përzierjen e energjisë në SHBA dhe pritet të bëhet një zgjidhje e qëndrueshme globale.