Habari
Majadiliano mafupi juu ya aina za seli za jua
Nishati ya jua hapo awali ilikuwa hifadhi ya vyombo vya hali ya juu na vifaa vya kifahari, lakini sivyo ilivyo tena. Katika muongo mmoja uliopita, nishati ya jua imebadilika kutoka chanzo cha nishati hadi nguzo kuu ya mazingira ya nishati ya kimataifa.
Dunia inaendelea kukabiliwa na takriban 173,000TW za mionzi ya jua, ambayo ni zaidi ya mara kumi ya mahitaji ya wastani ya umeme duniani.
[1] Hii ina maana kwamba nishati ya jua ina uwezo wa kukidhi mahitaji yetu yote ya nishati.
Katika nusu ya kwanza ya 2023, uzalishaji wa nishati ya jua ulichangia 5.77% ya jumla ya uzalishaji wa umeme wa Amerika, kutoka 4.95% mnamo 2022.
[2] Ingawa mafuta ya kisukuku (hasa gesi asilia na makaa ya mawe) yatachangia hadi 60.4% ya uzalishaji wa umeme wa Marekani mwaka wa 2022,
[3] Lakini ushawishi unaokua wa nishati ya jua na maendeleo ya haraka ya teknolojia ya nishati ya jua yanastahili kuzingatiwa.
Hivi sasa, kuna aina tatu kuu za seli za jua (pia hujulikana kama seli za photovoltaic (PV)) kwenye soko: fuwele, filamu nyembamba, na teknolojia zinazoibuka. Aina hizi tatu za betri zina faida zao wenyewe katika suala la ufanisi, gharama, na maisha.
01 kioo
Paneli nyingi za jua za paa la nyumba zimetengenezwa kutoka kwa silicon ya hali ya juu ya monocrystalline. Aina hii ya betri imepata ufanisi wa zaidi ya 26% na maisha ya huduma ya zaidi ya miaka 30 katika miaka ya hivi karibuni.
[4] Ufanisi wa sasa wa paneli za jua za kaya ni takriban 22%.
Silicon ya polycrystalline inagharimu chini ya silicon ya monocrystalline, lakini haina ufanisi na ina maisha mafupi. Ufanisi wa chini unamaanisha paneli zaidi na eneo zaidi linahitajika.
Seli za jua kulingana na teknolojia ya makutano mengi ya gallium arsenide (GaAs) ni bora zaidi kuliko seli za jadi za jua. Seli hizi zina muundo wa tabaka nyingi, na kila safu hutumia nyenzo tofauti, kama vile indium gallium phosfidi (GaInP), indium gallium arsenide (InGaAs) na germanium (Ge), ili kunyonya urefu tofauti wa mawimbi ya jua. Ingawa seli hizi za muunganiko nyingi zinatarajiwa kufikia utendakazi wa juu, bado zinakabiliwa na gharama kubwa za utengenezaji na utafiti na maendeleo ambayo hayajakomaa, ambayo yanazuia uwezekano wao wa kibiashara na matumizi ya vitendo.
02 filamu
Njia kuu ya bidhaa za filamu nyembamba za photovoltaic katika soko la kimataifa ni moduli za picha za cadmium telluride (CdTe). Mamilioni ya moduli kama hizo zimewekwa ulimwenguni kote, na uwezo wa juu wa uzalishaji wa zaidi ya 30GW. Zinatumika zaidi kwa uzalishaji wa umeme wa kiwango cha matumizi nchini Merika. kiwanda.
Katika teknolojia hii ya filamu nyembamba, moduli ya jua ya mita 1 za mraba ina cadmium kidogo kuliko betri ya nickel-cadmium (Ni-Cd) ya ukubwa wa AAA. Kwa kuongezea, cadmium katika moduli za jua hufungamana na tellurium, ambayo haiyeyuki katika maji na inabaki thabiti kwenye joto la juu kama 1,200 ° C. Sababu hizi hupunguza hatari za sumu za kutumia cadmium telluride katika betri za filamu nyembamba.
Maudhui ya tellurium katika ukoko wa dunia ni sehemu 0.001 tu kwa milioni. Kama vile platinamu ni kipengele adimu, uhaba wa tellurium unaweza kuathiri pakubwa gharama ya moduli ya cadmium telluride. Hata hivyo, inawezekana kupunguza tatizo hili kupitia mazoea ya kuchakata tena.
Ufanisi wa moduli za cadmium telluride zinaweza kufikia 18.6%, na ufanisi wa betri katika mazingira ya maabara unaweza kuzidi 22%. [5] Kutumia dawa za kuongeza nguvu za arseniki kuchukua nafasi ya doping ya shaba, ambayo imekuwa ikitumika kwa muda mrefu, kunaweza kuboresha maisha ya moduli na kufikia kiwango kinacholingana na betri za fuwele.
03Teknolojia zinazoibuka
Teknolojia zinazoibuka za photovoltaic kwa kutumia filamu nyembamba sana (chini ya maikroni 1) na mbinu za uwekaji wa moja kwa moja zitapunguza gharama za uzalishaji na kutoa semiconductors za ubora wa juu kwa seli za jua. Teknolojia hizi zinatarajiwa kuwa washindani wa vifaa vilivyoanzishwa kama vile silicon, cadmium telluride na gallium arsenide.
[6]Kuna teknolojia tatu za filamu nyembamba zinazojulikana katika uga huu: salfidi ya bati ya shaba (Cu2ZnSnS4 au CZTS), fosfidi ya zinki (Zn3P2) na nanotube za kaboni zenye ukuta mmoja (SWCNT). Katika mazingira ya maabara, seli za jua za indium gallium selenide (CIGS) zimefikia kilele cha kuvutia cha 22.4%. Hata hivyo, kuiga viwango hivyo vya ufanisi katika kiwango cha kibiashara bado ni changamoto.
[7] Seli nyembamba za filamu za halidi perovskite ni teknolojia inayoibukia ya jua. Perovskite ni aina ya dutu yenye muundo wa kioo wa kawaida wa formula ya kemikali ABX3. Ni madini ya manjano, kahawia au nyeusi ambayo sehemu yake kuu ni titanate ya kalsiamu (CaTiO3). Seli za jua zinazozalishwa na kampuni ya Oxford PV ya Uingereza zimepata ufanisi wa 28.6% na zitaingia katika uzalishaji mwaka huu.
[8]Katika miaka michache tu, seli za jua za perovskite zimepata utendakazi sawa na seli zilizopo za cadmium telluride thin-film. Katika utafiti wa awali na maendeleo ya betri za perovskite, muda wa maisha ulikuwa suala kubwa, fupi sana kwamba inaweza tu kuhesabiwa kwa miezi.
Leo, seli za perovskite zina maisha ya huduma ya miaka 25 au zaidi. Hivi sasa, faida za seli za jua za perovskite ni ufanisi mkubwa wa uongofu (zaidi ya 25%), gharama za chini za uzalishaji na joto la chini linalohitajika kwa mchakato wa uzalishaji.
Kujenga paneli za jua zilizounganishwa
Baadhi ya seli za jua zimeundwa ili kunasa sehemu tu ya wigo wa jua huku zikiruhusu mwanga unaoonekana kupita. Seli hizi za uwazi huitwa seli za jua zinazohamasishwa kwa rangi (DSC) na zilizaliwa Uswizi mwaka wa 1991. Matokeo mapya ya R&D katika miaka ya hivi karibuni yameboresha ufanisi wa DSCs, na inaweza si muda mrefu kabla ya paneli hizi za jua kuwa sokoni.
Baadhi ya makampuni huingiza nanoparticles isokaboni kwenye tabaka za kioo za polycarbonate. Nanoparticles katika teknolojia hii huhamisha sehemu maalum za wigo hadi ukingo wa glasi, na kuruhusu wigo mwingi kupita. Mwangaza uliojilimbikizia kwenye ukingo wa kioo kisha huunganishwa na seli za jua. Kwa kuongeza, teknolojia ya kutumia vifaa vya filamu nyembamba ya perovskite kwenye madirisha ya jua ya uwazi na kuta za nje za jengo kwa sasa inasomwa.
Malighafi zinazohitajika kwa nishati ya jua
Ili kuongeza uzalishaji wa nishati ya jua, mahitaji ya uchimbaji wa malighafi muhimu kama vile silikoni, fedha, shaba na alumini yataongezeka. Idara ya Nishati ya Marekani inasema kuwa takriban 12% ya silikoni ya kiwango cha metallurgiska duniani (MGS) huchakatwa na kuwa polysilicon kwa paneli za jua.
Uchina ni mdau mkuu katika uwanja huu, ikizalisha takriban 70% ya MGS ya ulimwengu na 77% ya usambazaji wake wa polysilicon mnamo 2020.
Mchakato wa kubadilisha silicon katika polysilicon inahitaji joto la juu sana. Huko Uchina, nishati kwa michakato hii hutoka kwa makaa ya mawe. Xinjiang ina rasilimali nyingi za makaa ya mawe na gharama ya chini ya umeme, na uzalishaji wake wa polysilicon unachangia 45% ya uzalishaji wa kimataifa.
[12] Uzalishaji wa paneli za jua hutumia takriban 10% ya fedha duniani. Uchimbaji madini ya fedha hutokea hasa Mexico, Uchina, Peru, Chile, Australia, Urusi na Poland na unaweza kusababisha matatizo kama vile uchafuzi wa metali nzito na kulazimishwa kuhama kwa jumuiya za wenyeji.
Uchimbaji madini ya shaba na alumini pia huleta changamoto katika matumizi ya ardhi. Utafiti wa Jiolojia wa Marekani unabainisha kuwa Chile inachangia 27% ya uzalishaji wa shaba duniani, ikifuatiwa na Peru (10%), Uchina (8%) na Jamhuri ya Kidemokrasia ya Kongo (8%). Shirika la Kimataifa la Nishati (IEA) linaamini kwamba ikiwa matumizi ya nishati mbadala duniani yatafikia 100% ifikapo 2050, mahitaji ya shaba kutoka kwa miradi ya jua yataongezeka karibu mara tatu.
[13]Hitimisho
Je, siku moja nishati ya jua itakuwa chanzo chetu kikuu cha nishati? Bei ya nishati ya jua inashuka na ufanisi unaongezeka. Wakati huo huo, kuna njia nyingi tofauti za teknolojia ya jua za kuchagua. Je, ni lini tutatambua teknolojia moja au mbili na kuzifanya zifanye kazi kweli? Jinsi ya kuunganisha nishati ya jua kwenye gridi ya taifa?
Mageuzi ya nishati ya jua kutoka maalum hadi ya kawaida huangazia uwezo wake wa kukidhi na kuzidi mahitaji yetu ya nishati. Ingawa chembechembe za jua zenye fuwele zinatawala soko kwa sasa, maendeleo katika teknolojia ya filamu-nyembamba na teknolojia zinazoibuka kama vile cadmium telluride na perovskites yanafungua njia kwa utumiaji bora zaidi na uliojumuishwa wa jua. Nishati ya jua bado inakabiliwa na changamoto nyingi, kama vile athari za kimazingira za uchimbaji wa malighafi na vikwazo katika uzalishaji, lakini baada ya yote, ni sekta inayokua kwa kasi, ubunifu na kuahidi.
Kwa usawa sahihi wa maendeleo ya kiteknolojia na mazoea endelevu, ukuaji na maendeleo ya nishati ya jua kutafungua njia kwa siku zijazo safi na nyingi zaidi za nishati. Kwa sababu hii, itaonyesha ukuaji mkubwa katika mchanganyiko wa nishati ya Marekani na inatarajiwa kuwa suluhisho endelevu la kimataifa.