சூரிய மின்கலங்களின் வகைகள் பற்றிய சுருக்கமான விவாதம்

சூரிய ஆற்றல் ஒரு காலத்தில் மேம்பட்ட விண்கலம் மற்றும் சில ஆடம்பரமான கேஜெட்களின் பாதுகாப்பாக இருந்தது, ஆனால் அது இனி இல்லை. கடந்த தசாப்தத்தில், சூரிய ஆற்றல் ஒரு முக்கிய ஆற்றல் மூலத்திலிருந்து உலகளாவிய ஆற்றல் நிலப்பரப்பின் முக்கிய தூணாக மாறியுள்ளது.

பூமி தொடர்ந்து சுமார் 173,000TW சூரிய கதிர்வீச்சுக்கு வெளிப்படுகிறது, இது உலக சராசரி மின்சார தேவையை விட பத்து மடங்கு அதிகமாகும்.

[1] இதன் பொருள் சூரிய ஆற்றல் நமது ஆற்றல் தேவைகள் அனைத்தையும் பூர்த்தி செய்யும் திறன் கொண்டது.

2023 ஆம் ஆண்டின் முதல் பாதியில், மொத்த அமெரிக்க மின் உற்பத்தியில் சூரிய மின் உற்பத்தி 5.77% ஆக இருந்தது, இது 2022 இல் 4.95% ஆக இருந்தது.

[2] புதைபடிவ எரிபொருள்கள் (முக்கியமாக இயற்கை எரிவாயு மற்றும் நிலக்கரி) 2022 ஆம் ஆண்டில் அமெரிக்க மின் உற்பத்தியில் 60.4% வரை இருக்கும்.

[3] ஆனால் சூரிய ஆற்றலின் வளர்ந்து வரும் செல்வாக்கு மற்றும் சூரிய ஆற்றல் தொழில்நுட்பத்தின் விரைவான வளர்ச்சி ஆகியவை கவனத்திற்குரியவை.

 

சூரிய மின்கலங்களின் வகைகள்

 

தற்போது, ​​சந்தையில் சூரிய மின்கலங்களின் மூன்று முக்கிய வகைகள் (ஃபோட்டோவோல்டாயிக் (PV) செல்கள் என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன) உள்ளன: படிக, மெல்லிய-படம் மற்றும் வளர்ந்து வரும் தொழில்நுட்பங்கள். இந்த மூன்று வகையான பேட்டரிகள் செயல்திறன், செலவு மற்றும் ஆயுட்காலம் ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் அவற்றின் சொந்த நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளன.

 

01 படிகம்

பெரும்பாலான வீட்டுக் கூரை சோலார் பேனல்கள் உயர்-தூய்மை மோனோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கானில் இருந்து தயாரிக்கப்படுகின்றன. இந்த வகை பேட்டரி சமீபத்திய ஆண்டுகளில் 26% க்கும் அதிகமான செயல்திறனையும் 30 ஆண்டுகளுக்கும் மேலான சேவை வாழ்க்கையையும் அடைந்துள்ளது.

[4] வீட்டு சோலார் பேனல்களின் தற்போதைய செயல்திறன் சுமார் 22% ஆகும்.

 

பாலிகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் மோனோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கானை விட குறைவாக செலவாகும், ஆனால் குறைவான செயல்திறன் கொண்டது மற்றும் குறுகிய ஆயுட்காலம் கொண்டது. குறைந்த செயல்திறன் என்றால் அதிக பேனல்கள் மற்றும் அதிக பரப்பளவு தேவை.

 

சூரிய மின்கலங்கள் மல்டி-ஜங்க்ஷன் காலியம் ஆர்சனைடு (GaAs) தொழில்நுட்பத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டது பாரம்பரிய சூரிய மின்கலங்களை விட திறமையானது. இந்த செல்கள் பல அடுக்கு அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் ஒவ்வொரு அடுக்கும் சூரிய ஒளியின் வெவ்வேறு அலைநீளங்களை உறிஞ்சுவதற்கு இண்டியம் காலியம் பாஸ்பைட் (GaInP), இண்டியம் காலியம் ஆர்சனைடு (InGaAs) மற்றும் ஜெர்மானியம் (Ge) போன்ற வெவ்வேறு பொருட்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த மல்டிஜங்க்ஷன் செல்கள் அதிக செயல்திறனை அடையும் என்று எதிர்பார்க்கப்பட்டாலும், அவை இன்னும் அதிக உற்பத்தி செலவுகள் மற்றும் முதிர்ச்சியடையாத ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டால் பாதிக்கப்படுகின்றன, இது அவற்றின் வணிக சாத்தியம் மற்றும் நடைமுறை பயன்பாடுகளை கட்டுப்படுத்துகிறது.

 

02 படம்

உலகளாவிய சந்தையில் மெல்லிய-பட ஒளிமின்னழுத்த தயாரிப்புகளின் முக்கிய நீரோட்டமானது காட்மியம் டெல்லூரைடு (CdTe) ஒளிமின்னழுத்த தொகுதிகள் ஆகும். 30GW க்கும் அதிகமான மின் உற்பத்தி திறன் கொண்ட மில்லியன் கணக்கான அத்தகைய தொகுதிகள் உலகம் முழுவதும் நிறுவப்பட்டுள்ளன. அவை முக்கியமாக யுனைடெட் ஸ்டேட்ஸில் பயன்பாட்டு அளவிலான மின் உற்பத்திக்கு பயன்படுத்தப்படுகின்றன. தொழிற்சாலை.

 

இந்த மெல்லிய படத் தொழில்நுட்பத்தில், 1-சதுர மீட்டர் சோலார் மாட்யூலில் AAA அளவிலான நிக்கல்-காட்மியம் (Ni-Cd) பேட்டரியைக் காட்டிலும் குறைவான காட்மியம் உள்ளது. கூடுதலாக, சூரிய தொகுதிகளில் உள்ள காட்மியம் டெலூரியத்துடன் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது, இது தண்ணீரில் கரையாதது மற்றும் 1,200 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலையில் நிலையாக இருக்கும். இந்த காரணிகள் மெல்லிய-திரைப்பட பேட்டரிகளில் காட்மியம் டெல்லூரைடைப் பயன்படுத்துவதால் ஏற்படும் நச்சு அபாயங்களைக் குறைக்கின்றன.

 

பூமியின் மேலோட்டத்தில் உள்ள டெலூரியத்தின் உள்ளடக்கம் ஒரு மில்லியனுக்கு 0.001 பாகங்கள் மட்டுமே. பிளாட்டினம் ஒரு அரிய தனிமமாக இருப்பது போலவே, டெல்லூரியத்தின் அரிதானது காட்மியம் டெல்லூரைடு தொகுதியின் விலையை கணிசமாக பாதிக்கும். இருப்பினும், மறுசுழற்சி நடைமுறைகள் மூலம் இந்த சிக்கலைத் தணிக்க முடியும்.

காட்மியம் டெல்லூரைடு தொகுதிகளின் செயல்திறன் 18.6% ஐ எட்டலாம், மேலும் ஆய்வக சூழலில் பேட்டரி செயல்திறன் 22% ஐ விட அதிகமாக இருக்கும். [5] நீண்ட காலமாகப் பயன்படுத்தப்படும் செப்பு ஊக்கமருந்துக்கு பதிலாக ஆர்சனிக் ஊக்கமருந்துகளைப் பயன்படுத்துவது, தொகுதியின் ஆயுளை பெரிதும் மேம்படுத்தி, படிக மின்கலங்களுடன் ஒப்பிடக்கூடிய நிலையை அடையலாம்.

 

03 வளர்ந்து வரும் தொழில்நுட்பங்கள்

 

அல்ட்ரா-தின் பிலிம்கள் (1 மைக்ரானுக்கும் குறைவானது) மற்றும் நேரடி படிவு நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி வளர்ந்து வரும் ஒளிமின்னழுத்த தொழில்நுட்பங்கள் உற்பத்தி செலவைக் குறைக்கும் மற்றும் சூரிய மின்கலங்களுக்கு உயர்தர குறைக்கடத்திகளை வழங்கும். இந்த தொழில்நுட்பங்கள் சிலிக்கான், காட்மியம் டெலுரைடு மற்றும் காலியம் ஆர்சனைடு போன்ற நிறுவப்பட்ட பொருட்களுக்கு போட்டியாளர்களாக மாறும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.

 

[6]இந்த துறையில் மூன்று நன்கு அறியப்பட்ட மெல்லிய பட தொழில்நுட்பங்கள் உள்ளன: காப்பர் துத்தநாக டின் சல்பைட் (Cu2ZnSnS4 அல்லது CZTS), துத்தநாக பாஸ்பைடு (Zn3P2) மற்றும் ஒற்றை சுவர் கார்பன் நானோகுழாய்கள் (SWCNT). ஆய்வக அமைப்பில், காப்பர் இண்டியம் காலியம் செலினைடு (சிஐஜிஎஸ்) சூரிய மின்கலங்கள் 22.4% என்ற உச்சபட்ச செயல்திறனை எட்டியுள்ளன. இருப்பினும், வணிக அளவில் இத்தகைய செயல்திறன் நிலைகளைப் பிரதிபலிப்பது ஒரு சவாலாகவே உள்ளது.

[7]லீட் ஹாலைடு பெரோவ்ஸ்கைட் மெல்லிய பட செல்கள் ஒரு கவர்ச்சிகரமான வளர்ந்து வரும் சூரிய தொழில்நுட்பமாகும். பெரோவ்ஸ்கைட் என்பது ABX3 என்ற வேதியியல் சூத்திரத்தின் பொதுவான படிக அமைப்பைக் கொண்ட ஒரு வகைப் பொருளாகும். இது ஒரு மஞ்சள், பழுப்பு அல்லது கருப்பு கனிமமாகும், இதன் முக்கிய கூறு கால்சியம் டைட்டனேட் (CaTiO3) ஆகும். UK நிறுவனமான Oxford PV ஆல் தயாரிக்கப்பட்ட வணிக அளவிலான சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பெரோவ்ஸ்கைட் டேன்டெம் சூரிய மின்கலங்கள் 28.6% சாதனை திறனைப் பெற்றுள்ளன, மேலும் இந்த ஆண்டு உற்பத்திக்கு செல்லும்.

[8]சில ஆண்டுகளில், பெரோவ்ஸ்கைட் சூரிய மின்கலங்கள் தற்போதுள்ள காட்மியம் டெல்லூரைடு மெல்லிய-படக் கலங்களைப் போன்ற செயல்திறனைப் பெற்றுள்ளன. பெரோவ்ஸ்கைட் பேட்டரிகளின் ஆரம்பகால ஆராய்ச்சி மற்றும் வளர்ச்சியில், ஆயுட்காலம் ஒரு பெரிய பிரச்சினையாக இருந்தது, இது மாதங்களில் மட்டுமே கணக்கிடப்படும்.

இன்று, பெரோவ்ஸ்கைட் செல்கள் 25 ஆண்டுகள் அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட சேவை வாழ்க்கையைக் கொண்டுள்ளன. தற்போது, ​​பெரோவ்ஸ்கைட் சூரிய மின்கலங்களின் நன்மைகள் உயர் மாற்று திறன் (25% க்கும் அதிகமானவை), குறைந்த உற்பத்தி செலவுகள் மற்றும் உற்பத்தி செயல்முறைக்கு தேவையான குறைந்த வெப்பநிலை.

 

ஒருங்கிணைந்த சோலார் பேனல்களை உருவாக்குதல்

 

சில சூரிய மின்கலங்கள் சூரிய நிறமாலையின் ஒரு பகுதியை மட்டுமே கைப்பற்றும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன, அதே நேரத்தில் புலப்படும் ஒளியைக் கடந்து செல்ல அனுமதிக்கிறது. இந்த வெளிப்படையான செல்கள் சாய உணர்திறன் கொண்ட சூரிய மின்கலங்கள் (DSC) என்று அழைக்கப்படுகின்றன, மேலும் அவை 1991 இல் சுவிட்சர்லாந்தில் பிறந்தன. சமீபத்திய ஆண்டுகளில் புதிய R&D முடிவுகள் DSC களின் செயல்திறனை மேம்படுத்தியுள்ளன, மேலும் இந்த சோலார் பேனல்கள் சந்தையில் வருவதற்கு நீண்ட காலம் ஆகாது.

 

சில நிறுவனங்கள் கண்ணாடியின் பாலிகார்பனேட் அடுக்குகளில் கனிம நானோ துகள்களை உட்செலுத்துகின்றன. இந்த தொழில்நுட்பத்தில் உள்ள நானோ துகள்கள் ஸ்பெக்ட்ரமின் குறிப்பிட்ட பகுதிகளை கண்ணாடியின் விளிம்பிற்கு மாற்றி, பெரும்பாலான ஸ்பெக்ட்ரம் வழியாக செல்ல அனுமதிக்கிறது. கண்ணாடியின் விளிம்பில் செறிவூட்டப்பட்ட ஒளி பின்னர் சூரிய மின்கலங்களால் பயன்படுத்தப்படுகிறது. கூடுதலாக, பெரோவ்ஸ்கைட் மெல்லிய படலப் பொருட்களை வெளிப்படையான சூரிய ஜன்னல்களுக்குப் பயன்படுத்துவதற்கும் வெளிப்புறச் சுவர்களைக் கட்டுவதற்குமான தொழில்நுட்பம் தற்போது ஆய்வு செய்யப்பட்டு வருகிறது.

 

சூரிய சக்திக்கு தேவையான மூலப்பொருட்கள்

சூரிய மின் உற்பத்தியை அதிகரிக்க, சிலிக்கான், வெள்ளி, தாமிரம் மற்றும் அலுமினியம் போன்ற முக்கியமான மூலப்பொருட்களின் சுரங்கத்திற்கான தேவை அதிகரிக்கும். உலகின் உலோகவியல் தர சிலிக்கான் (எம்ஜிஎஸ்) தோராயமாக 12% சோலார் பேனல்களுக்கான பாலிசிலிக்கானாக செயலாக்கப்படுகிறது என்று அமெரிக்க எரிசக்தி துறை கூறுகிறது.

 

2020 ஆம் ஆண்டில் உலகின் MGS இல் தோராயமாக 70% மற்றும் பாலிசிலிக்கான் விநியோகத்தில் 77% உற்பத்தி செய்யும் சீனா இந்தத் துறையில் முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது.

 

சிலிக்கானை பாலிசிலிக்கானாக மாற்றும் செயல்முறைக்கு மிக அதிக வெப்பநிலை தேவைப்படுகிறது. சீனாவில், இந்த செயல்முறைகளுக்கான ஆற்றல் முக்கியமாக நிலக்கரியிலிருந்து வருகிறது. சின்ஜியாங்கில் ஏராளமான நிலக்கரி வளங்கள் மற்றும் குறைந்த மின்சார செலவுகள் உள்ளன, மேலும் அதன் பாலிசிலிகான் உற்பத்தி உலகளாவிய உற்பத்தியில் 45% ஆகும்.

 

[12]சோலார் பேனல்களின் உற்பத்தி உலகின் வெள்ளியில் தோராயமாக 10% பயன்படுத்துகிறது. வெள்ளிச் சுரங்கம் முதன்மையாக மெக்சிகோ, சீனா, பெரு, சிலி, ஆஸ்திரேலியா, ரஷ்யா மற்றும் போலந்து ஆகிய நாடுகளில் நிகழ்கிறது மற்றும் கன உலோக மாசுபாடு மற்றும் உள்ளூர் சமூகங்களின் கட்டாய இடமாற்றம் போன்ற பிரச்சனைகளுக்கு வழிவகுக்கும்.

 

தாமிரம் மற்றும் அலுமினியம் சுரங்கங்களும் நில பயன்பாட்டு சவால்களை ஏற்படுத்துகின்றன. உலகளாவிய தாமிர உற்பத்தியில் சிலி 27% பங்களிப்பதாக அமெரிக்க புவியியல் ஆய்வு குறிப்பிடுகிறது, அதைத் தொடர்ந்து பெரு (10%), சீனா (8%) மற்றும் காங்கோ ஜனநாயகக் குடியரசு (8%). 2050 ஆம் ஆண்டளவில் உலகளாவிய புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி பயன்பாடு 100% ஐ எட்டினால், சூரிய திட்டங்களில் இருந்து தாமிரத்திற்கான தேவை கிட்டத்தட்ட மூன்று மடங்கு அதிகரிக்கும் என்று சர்வதேச எரிசக்தி நிறுவனம் (IEA) நம்புகிறது.

[13]முடிவு

 

ஒரு நாள் சூரிய சக்தி நமது முக்கிய ஆற்றல் மூலமாக மாறுமா? சூரிய சக்தியின் விலை குறைந்து, செயல்திறன் மேம்படுகிறது. இதற்கிடையில், தேர்வு செய்ய பல்வேறு சூரிய தொழில்நுட்ப வழிகள் உள்ளன. நாம் எப்போது ஒன்று அல்லது இரண்டு தொழில்நுட்பங்களைக் கண்டறிந்து அவற்றை உண்மையில் செயல்பட வைப்போம்? சூரிய சக்தியை கட்டத்துடன் எவ்வாறு ஒருங்கிணைப்பது?

 

சிறப்புத் தன்மையிலிருந்து முக்கிய நீரோட்டத்திற்கு சூரிய ஆற்றலின் பரிணாமம், நமது ஆற்றல் தேவைகளை பூர்த்தி செய்வதற்கும் அதை மீறுவதற்கும் அதன் திறனை எடுத்துக்காட்டுகிறது. படிக சூரிய மின்கலங்கள் தற்போது சந்தையில் ஆதிக்கம் செலுத்தும் அதே வேளையில், மெல்லிய படத் தொழில்நுட்பத்தின் முன்னேற்றங்கள் மற்றும் காட்மியம் டெல்லூரைடு மற்றும் பெரோவ்ஸ்கைட்டுகள் போன்ற வளர்ந்து வரும் தொழில்நுட்பங்கள் மிகவும் திறமையான மற்றும் ஒருங்கிணைந்த சூரிய பயன்பாடுகளுக்கு வழி வகுத்து வருகின்றன. சூரிய ஆற்றல் இன்னும் பல சவால்களை எதிர்கொள்கிறது, அதாவது மூலப்பொருள் சுரங்கத்தின் சுற்றுச்சூழல் பாதிப்பு மற்றும் உற்பத்தியில் இடையூறுகள் போன்றவை, ஆனால் எல்லாவற்றிற்கும் மேலாக, இது வேகமாக வளர்ந்து வரும், புதுமையான மற்றும் நம்பிக்கைக்குரிய தொழில்.

 

தொழில்நுட்ப முன்னேற்றங்கள் மற்றும் நிலையான நடைமுறைகளின் சரியான சமநிலையுடன், சூரிய ஆற்றலின் வளர்ச்சி மற்றும் மேம்பாடு ஒரு தூய்மையான, அதிகமான ஆற்றல் எதிர்காலத்திற்கு வழி வகுக்கும். இதன் காரணமாக, இது அமெரிக்க ஆற்றல் கலவையில் குறிப்பிடத்தக்க வளர்ச்சியைக் காண்பிக்கும் மற்றும் உலகளாவிய நிலையான தீர்வாக மாறும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.