Вести
Кратка дискусија о типовима соларних ћелија
Сунчева енергија је некада била резерват напредних свемирских летелица и неких фенси уређаја, али то више није случај. Током протекле деценије, соларна енергија се трансформисала из нишног извора енергије у главни стуб глобалног енергетског пејзажа.
Земља је непрекидно изложена приближно 173.000 ТВ сунчевог зрачења, што је више од десет пута више од глобалне просечне потражње за електричном енергијом.
[1] То значи да соларна енергија има способност да задовољи све наше енергетске потребе.
У првој половини 2023. производња соларне енергије чинила је 5,77% укупне производње електричне енергије у САД, у односу на 4,95% у 2022.
[2] Иако ће фосилна горива (углавном природни гас и угаљ) чинити чак 60,4% производње електричне енергије у САД 2022.
[3] Али све већи утицај соларне енергије и брзи развој технологије соларне енергије заслужују пажњу.
Тренутно на тржишту постоје три главне категорије соларних ћелија (познате и као фотонапонске (ПВ) ћелије): кристалне, танкофилне и технологије у настајању. Ове три врсте батерија имају своје предности у погледу ефикасности, цене и животног века.
01 кристал
Већина кућних кровних соларних панела направљена је од монокристалног силицијума високе чистоће. Овај тип батерија је последњих година постигао ефикасност већу од 26% и радни век од више од 30 година.
[4] Тренутна ефикасност соларних панела за домаћинство је око 22%.
Поликристални силицијум кошта мање од монокристалног силицијума, али је мање ефикасан и има краћи век трајања. Мања ефикасност значи да је потребно више панела и више површине.
Соларне ћелије засноване на технологији галијум арсенида (ГаАс) са више спојева су ефикасније од традиционалних соларних ћелија. Ове ћелије имају вишеслојну структуру, а сваки слој користи другачији материјал, као што је индијум галијум фосфид (ГаИнП), индијум галијум арсенид (ИнГаАс) и германијум (Ге), да апсорбује различите таласне дужине сунчеве светлости. Иако се очекује да ове ћелије са више спојева постигну високу ефикасност, оне и даље пате од високих трошкова производње и незрелог истраживања и развоја, што ограничава њихову комерцијалну изводљивост и практичне примене.
02 филм
Главни ток танкослојних фотонапонских производа на глобалном тржишту су фотонапонски модули кадмијум телурида (ЦдТе). Милиони таквих модула су инсталирани широм света, са вршним капацитетом производње електричне енергије од више од 30ГВ. Углавном се користе за производњу електричне енергије у комуналним предузећима у Сједињеним Државама. фабрика.
У овој технологији танког филма, соларни модул од 1 квадратни метар садржи мање кадмијума од никл-кадмијум (Ни-Цд) батерије величине ААА. Поред тога, кадмијум у соларним модулима је везан за телур, који је нерастворљив у води и остаје стабилан на температурама до 1200°Ц. Ови фактори ублажавају токсичне опасности коришћења кадмијум телурида у танкослојним батеријама.
Садржај телура у земљиној кори је само 0,001 део на милион. Баш као што је платина редак елемент, реткост телура може значајно утицати на цену модула кадмијум телурида. Међутим, могуће је ублажити овај проблем кроз праксу рециклаже.
Ефикасност модула кадмијум телурида може да достигне 18,6%, а ефикасност батерије у лабораторијском окружењу може да пређе 22%. [5] Коришћење допинга арсеном за замену допинга бакра, који се користи већ дуже време, може увелико побољшати век трајања модула и достићи ниво упоредив са кристалним батеријама.
03 Нове технологије
Нове фотонапонске технологије које користе ултра танке филмове (мање од 1 микрона) и технике директног таложења ће смањити трошкове производње и обезбедити висококвалитетне полупроводнике за соларне ћелије. Очекује се да ће ове технологије постати конкуренти етаблираним материјалима као што су силицијум, кадмијум телурид и галијум арсенид.
[6]Постоје три добро познате технологије танког филма у овој области: бакар цинк калај сулфид (Цу2ЗнСнС4 или ЦЗТС), цинк фосфид (Зн3П2) и једнозидне угљеничне наноцеви (СВЦНТ). У лабораторијским условима, соларне ћелије бакар индијум галијум селенида (ЦИГС) достигле су импресивну максималну ефикасност од 22,4%. Међутим, реплицирање таквих нивоа ефикасности на комерцијалном нивоу остаје изазов.
[7] Ћелије танког филма оловног халида перовскита су атрактивна соларна технологија у настајању. Перовскит је врста супстанце са типичном кристалном структуром хемијске формуле АБКС3. То је жути, браон или црни минерал чија је главна компонента калцијум титанат (ЦаТиО3). Комерцијалне тандемске соларне ћелије на бази силицијума које производи британска компанија Оксфорд ПВ постигле су рекордну ефикасност од 28,6% и кренуће у производњу ове године.
[8]За само неколико година, перовскитне соларне ћелије су постигле ефикасност сличну оној у постојећим ћелијама танког филма кадмијум телурида. У раном истраживању и развоју перовскитних батерија, животни век је био велики проблем, толико кратак да се могао израчунати само месецима.
Данас перовскитне ћелије имају век трајања од 25 година или више. Тренутно, предности перовскитних соларних ћелија су висока ефикасност конверзије (више од 25%), ниски трошкови производње и ниске температуре потребне за процес производње.
Изградња интегрисаних соларних панела
Неке соларне ћелије су дизајниране да ухвате само део сунчевог спектра, док пропуштају видљиву светлост. Ове прозирне ћелије се називају соларне ћелије осетљиве на боју (ДСЦ) и рођене су у Швајцарској 1991. Нови резултати истраживања и развоја последњих година побољшали су ефикасност ДСЦ-а и можда неће проћи много времена пре него што ће ови соларни панели бити на тржишту.
Неке компаније уносе неорганске наночестице у поликарбонатне слојеве стакла. Наночестице у овој технологији померају одређене делове спектра до ивице стакла, омогућавајући да већина спектра прође. Светлост концентрисана на ивици стакла се затим користи соларним ћелијама. Поред тога, тренутно се проучава технологија за примену танкослојних материјала перовскита на провидне соларне прозоре и спољашње зидове зграда.
Сировине потребне за соларну енергију
Да би се повећала производња соларне енергије, повећаће се потражња за ископавањем важних сировина као што су силицијум, сребро, бакар и алуминијум. Министарство енергетике САД наводи да се око 12% светског силицијума металуршког квалитета (МГС) прерађује у полисилицијум за соларне панеле.
Кина је главни играч у овој области, производи приближно 70% светске МГС и 77% своје понуде полисилицијума у 2020.
Процес претварања силицијума у полисилицијум захтева веома високе температуре. У Кини енергија за ове процесе углавном долази из угља. Синђанг има богате ресурсе угља и ниске трошкове електричне енергије, а његова производња полисилицијума чини 45% глобалне производње.
[12]Производња соларних панела троши приближно 10% светског сребра. Ископавање сребра одвија се првенствено у Мексику, Кини, Перуу, Чилеу, Аустралији, Русији и Пољској и може довести до проблема као што су контаминација тешким металима и присилно пресељење локалних заједница.
Вађење бакра и алуминијума такође представља изазове за коришћење земљишта. Амерички геолошки завод напомиње да Чиле чини 27% светске производње бакра, а следе Перу (10%), Кина (8%) и Демократска Република Конго (8%). Међународна агенција за енергију (ИЕА) верује да ако глобална употреба обновљиве енергије достигне 100% до 2050. године, потражња за бакром из соларних пројеката ће се скоро утростручити.
[13] Закључак
Хоће ли соларна енергија једног дана постати наш главни извор енергије? Цена соларне енергије пада, а ефикасност се побољшава. У међувремену, постоји много различитих путева соларне технологије које можете изабрати. Када ћемо идентификовати једну или две технологије и учинити да оне заиста раде? Како интегрисати соларну енергију у мрежу?
Еволуција соларне енергије од специјализације до мејнстрима наглашава њен потенцијал да задовољи и превазиђе наше енергетске потребе. Док кристалне соларне ћелије тренутно доминирају тржиштем, напредак у технологији танког филма и нове технологије као што су кадмијум телурид и перовскити утиру пут ефикаснијим и интегрисаним соларним апликацијама. Соларна енергија се и даље суочава са многим изазовима, као што су утицај експлоатације сировина на животну средину и уска грла у производњи, али на крају крајева, реч је о брзорастућој, иновативној и перспективној индустрији.
Уз прави баланс технолошког напретка и одрживих пракси, раст и развој соларне енергије ће утрти пут за чистију, богатију енергију будућности. Због тога ће показати значајан раст у енергетском миксу САД и очекује се да ће постати глобално одрживо решење.