సౌర ఘటాల రకాలపై క్లుప్త చర్చ

సౌర శక్తి ఒకప్పుడు అధునాతన అంతరిక్ష నౌక మరియు కొన్ని ఫాన్సీ గాడ్జెట్‌ల సంరక్షణ, కానీ అది ఇకపై ఉండదు. గత దశాబ్దంలో, సౌర శక్తి ఒక సముచిత శక్తి వనరు నుండి ప్రపంచ శక్తి ప్రకృతి దృశ్యం యొక్క ప్రధాన స్తంభంగా రూపాంతరం చెందింది.

భూమి నిరంతరం సుమారు 173,000TW సౌర వికిరణానికి గురవుతుంది, ఇది ప్రపంచ సగటు విద్యుత్ డిమాండ్ కంటే పది రెట్లు ఎక్కువ.

[1] దీనర్థం సౌరశక్తికి మన శక్తి అవసరాలన్నింటినీ తీర్చగల సామర్థ్యం ఉంది.

2023 మొదటి అర్ధ భాగంలో, సౌర విద్యుత్ ఉత్పత్తి మొత్తం US విద్యుత్ ఉత్పత్తిలో 5.77%గా ఉంది, ఇది 2022లో 4.95% నుండి పెరిగింది.

[2] శిలాజ ఇంధనాలు (ప్రధానంగా సహజ వాయువు మరియు బొగ్గు) 2022లో US విద్యుత్ ఉత్పత్తిలో 60.4% వాటాను కలిగి ఉన్నప్పటికీ,

[3] అయితే పెరుగుతున్న సౌరశక్తి ప్రభావం మరియు సౌరశక్తి సాంకేతికత యొక్క వేగవంతమైన అభివృద్ధి దృష్టికి అర్హమైనది.

 

సౌర ఘటాల రకాలు

 

ప్రస్తుతం, మార్కెట్‌లో సౌర ఘటాల యొక్క మూడు ప్రధాన వర్గాలు (దీనిని ఫోటోవోల్టాయిక్ (PV) సెల్‌లు అని కూడా పిలుస్తారు) ఉన్నాయి: స్ఫటికాకార, సన్నని-పొర మరియు అభివృద్ధి చెందుతున్న సాంకేతికతలు. ఈ మూడు రకాల బ్యాటరీలు సామర్థ్యం, ​​ఖర్చు మరియు జీవితకాలం పరంగా వాటి స్వంత ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి.

 

01 క్రిస్టల్

చాలా ఇంటి రూఫ్‌టాప్ సౌర ఫలకాలను అధిక స్వచ్ఛత కలిగిన మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్‌తో తయారు చేస్తారు. ఈ రకమైన బ్యాటరీ ఇటీవలి సంవత్సరాలలో 26% కంటే ఎక్కువ సామర్థ్యాన్ని మరియు 30 సంవత్సరాల కంటే ఎక్కువ సేవా జీవితాన్ని సాధించింది.

[4] గృహ సౌర ఫలకాల యొక్క ప్రస్తుత సామర్థ్యం దాదాపు 22%.

 

పాలీక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ కంటే తక్కువ ఖర్చవుతుంది, కానీ తక్కువ సామర్థ్యం కలిగి ఉంటుంది మరియు తక్కువ జీవితకాలం ఉంటుంది. తక్కువ సామర్థ్యం అంటే ఎక్కువ ప్యానెల్లు మరియు ఎక్కువ ప్రాంతం అవసరం.

 

సౌర ఘటాలు బహుళ-జంక్షన్ గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs) సాంకేతికత ఆధారంగా సాంప్రదాయ సౌర ఘటాల కంటే మరింత సమర్థవంతమైనవి. ఈ కణాలు బహుళ-పొర నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటాయి మరియు ప్రతి పొర సూర్యరశ్మి యొక్క వివిధ తరంగదైర్ఘ్యాలను గ్రహించడానికి ఇండియం గాలియం ఫాస్ఫైడ్ (GaInP), ఇండియం గాలియం ఆర్సెనైడ్ (InGaAs) మరియు జెర్మేనియం (Ge) వంటి విభిన్న పదార్థాన్ని ఉపయోగిస్తుంది. ఈ మల్టీజంక్షన్ సెల్‌లు అధిక సామర్థ్యాలను సాధించగలవని భావించినప్పటికీ, అవి ఇప్పటికీ అధిక ఉత్పాదక ఖర్చులు మరియు అపరిపక్వ పరిశోధన మరియు అభివృద్ధితో బాధపడుతున్నాయి, ఇది వాటి వాణిజ్య సాధ్యత మరియు ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలను పరిమితం చేస్తుంది.

 

02 చిత్రం

గ్లోబల్ మార్కెట్లో థిన్-ఫిల్మ్ ఫోటోవోల్టాయిక్ ఉత్పత్తుల యొక్క ప్రధాన స్రవంతి కాడ్మియం టెల్యురైడ్ (CdTe) ఫోటోవోల్టాయిక్ మాడ్యూల్స్. 30GW కంటే ఎక్కువ గరిష్ట విద్యుత్ ఉత్పత్తి సామర్థ్యంతో, ప్రపంచవ్యాప్తంగా మిలియన్ల కొద్దీ ఇటువంటి మాడ్యూల్స్ వ్యవస్థాపించబడ్డాయి. ఇవి ప్రధానంగా యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లో యుటిలిటీ-స్కేల్ విద్యుత్ ఉత్పత్తికి ఉపయోగించబడతాయి. కర్మాగారం.

 

ఈ సన్నని-పొర సాంకేతికతలో, 1-చదరపు-మీటర్ సోలార్ మాడ్యూల్ AAA-పరిమాణ నికెల్-కాడ్మియం (Ni-Cd) బ్యాటరీ కంటే తక్కువ కాడ్మియంను కలిగి ఉంటుంది. అదనంగా, సోలార్ మాడ్యూల్స్‌లోని కాడ్మియం టెల్లూరియంకు కట్టుబడి ఉంటుంది, ఇది నీటిలో కరగదు మరియు 1,200 ° C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్థిరంగా ఉంటుంది. ఈ కారకాలు థిన్-ఫిల్మ్ బ్యాటరీలలో కాడ్మియం టెల్యురైడ్‌ను ఉపయోగించడం వల్ల కలిగే విష ప్రమాదాలను తగ్గిస్తుంది.

 

భూమి యొక్క క్రస్ట్‌లో టెల్లూరియం యొక్క కంటెంట్ మిలియన్‌కు 0.001 భాగాలు మాత్రమే. ప్లాటినం ఒక అరుదైన మూలకం వలె, టెల్లూరియం యొక్క అరుదు కాడ్మియం టెల్యురైడ్ మాడ్యూల్ ధరను గణనీయంగా ప్రభావితం చేస్తుంది. అయితే, రీసైక్లింగ్ పద్ధతుల ద్వారా ఈ సమస్యను తగ్గించడం సాధ్యమవుతుంది.

కాడ్మియం టెల్యురైడ్ మాడ్యూల్స్ యొక్క సామర్థ్యం 18.6%కి చేరుకుంటుంది మరియు ప్రయోగశాల వాతావరణంలో బ్యాటరీ సామర్థ్యం 22% కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. [5] చాలా కాలంగా ఉపయోగించిన కాపర్ డోపింగ్ స్థానంలో ఆర్సెనిక్ డోపింగ్‌ను ఉపయోగించడం మాడ్యూల్ జీవితాన్ని బాగా మెరుగుపరుస్తుంది మరియు క్రిస్టల్ బ్యాటరీలతో పోల్చదగిన స్థాయికి చేరుకుంటుంది.

 

03 అభివృద్ధి చెందుతున్న సాంకేతికతలు

 

అల్ట్రా-సన్నని ఫిల్మ్‌లు (1 మైక్రాన్ కంటే తక్కువ) మరియు డైరెక్ట్ డిపాజిషన్ టెక్నిక్‌లను ఉపయోగించి ఉద్భవిస్తున్న ఫోటోవోల్టాయిక్ టెక్నాలజీలు ఉత్పత్తి ఖర్చులను తగ్గిస్తాయి మరియు సౌర ఘటాలకు అధిక-నాణ్యత సెమీకండక్టర్లను అందిస్తాయి. ఈ సాంకేతికతలు సిలికాన్, కాడ్మియం టెల్యురైడ్ మరియు గాలియం ఆర్సెనైడ్ వంటి స్థిరపడిన పదార్థాలకు పోటీదారులుగా మారాలని భావిస్తున్నారు.

 

[6]ఈ రంగంలో మూడు ప్రసిద్ధ థిన్ ఫిల్మ్ టెక్నాలజీలు ఉన్నాయి: కాపర్ జింక్ టిన్ సల్ఫైడ్ (Cu2ZnSnS4 లేదా CZTS), జింక్ ఫాస్ఫైడ్ (Zn3P2) మరియు సింగిల్-వాల్డ్ కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు (SWCNT). ప్రయోగశాల నేపధ్యంలో, కాపర్ ఇండియం గాలియం సెలీనైడ్ (CIGS) సౌర ఘటాలు 22.4% యొక్క ఆకట్టుకునే గరిష్ట సామర్థ్యాన్ని చేరుకున్నాయి. అయినప్పటికీ, అటువంటి సామర్థ్య స్థాయిలను వాణిజ్య స్థాయిలో పునరావృతం చేయడం ఒక సవాలుగా మిగిలిపోయింది.

[7]లీడ్ హాలైడ్ పెరోవ్‌స్కైట్ థిన్ ఫిల్మ్ సెల్‌లు ఆకర్షణీయంగా అభివృద్ధి చెందుతున్న సౌర సాంకేతికత. పెరోవ్‌స్కైట్ అనేది రసాయన ఫార్ములా ABX3 యొక్క సాధారణ క్రిస్టల్ నిర్మాణంతో కూడిన ఒక రకమైన పదార్ధం. ఇది పసుపు, గోధుమ లేదా నలుపు ఖనిజం, దీని ప్రధాన భాగం కాల్షియం టైటనేట్ (CaTiO3). UK కంపెనీ ఆక్స్‌ఫర్డ్ PV ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన వాణిజ్య-స్థాయి సిలికాన్-ఆధారిత పెరోవ్‌స్కైట్ టెన్డం సౌర ఘటాలు 28.6% రికార్డు సామర్థ్యాన్ని సాధించాయి మరియు ఈ సంవత్సరం ఉత్పత్తిలోకి వస్తాయి.

[8]కేవలం కొన్ని సంవత్సరాలలో, పెరోవ్‌స్కైట్ సౌర ఘటాలు ఇప్పటికే ఉన్న కాడ్మియం టెల్యురైడ్ థిన్-ఫిల్మ్ సెల్‌ల మాదిరిగానే సామర్థ్యాలను సాధించాయి. పెరోవ్‌స్కైట్ బ్యాటరీల యొక్క ప్రారంభ పరిశోధన మరియు అభివృద్ధిలో, జీవితకాలం అనేది ఒక పెద్ద సమస్య, ఇది నెలలలో మాత్రమే లెక్కించబడుతుంది.

నేడు, పెరోవ్‌స్కైట్ కణాలు 25 సంవత్సరాలు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ సేవా జీవితాన్ని కలిగి ఉన్నాయి. ప్రస్తుతం, పెరోవ్‌స్కైట్ సౌర ఘటాల ప్రయోజనాలు అధిక మార్పిడి సామర్థ్యం (25% కంటే ఎక్కువ), తక్కువ ఉత్పత్తి ఖర్చులు మరియు ఉత్పత్తి ప్రక్రియకు అవసరమైన తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు.

 

ఇంటిగ్రేటెడ్ సౌర ఫలకాలను నిర్మించడం

 

కొన్ని సౌర ఘటాలు సౌర స్పెక్ట్రమ్‌లో కొంత భాగాన్ని మాత్రమే సంగ్రహించేలా రూపొందించబడ్డాయి, అయితే కనిపించే కాంతిని గుండా వెళుతుంది. ఈ పారదర్శక కణాలను డై-సెన్సిటైజ్డ్ సోలార్ సెల్స్ (DSC) అని పిలుస్తారు మరియు 1991లో స్విట్జర్లాండ్‌లో జన్మించారు. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో కొత్త R&D ఫలితాలు DSCల సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరిచాయి మరియు ఈ సోలార్ ప్యానెల్‌లు మార్కెట్లోకి రావడానికి చాలా కాలం పట్టకపోవచ్చు.

 

కొన్ని కంపెనీలు అకర్బన నానోపార్టికల్స్‌ను గాజు పాలికార్బోనేట్ పొరల్లోకి చొప్పించాయి. ఈ సాంకేతికతలోని నానోపార్టికల్స్ స్పెక్ట్రం యొక్క నిర్దిష్ట భాగాలను గాజు అంచుకు మారుస్తాయి, తద్వారా స్పెక్ట్రమ్‌లో ఎక్కువ భాగం గుండా వెళుతుంది. గాజు అంచు వద్ద కేంద్రీకృతమై ఉన్న కాంతిని సౌర ఘటాలు ఉపయోగించుకుంటాయి. అదనంగా, పారదర్శక సౌర కిటికీలకు పెరోవ్‌స్కైట్ థిన్ ఫిల్మ్ మెటీరియల్‌లను వర్తింపజేయడానికి మరియు బాహ్య గోడలను నిర్మించడానికి సాంకేతికత ప్రస్తుతం అధ్యయనం చేయబడుతోంది.

 

సౌరశక్తికి అవసరమైన ముడి పదార్థాలు

సౌర విద్యుత్ ఉత్పత్తిని పెంచడానికి, సిలికాన్, వెండి, రాగి మరియు అల్యూమినియం వంటి ముఖ్యమైన ముడి పదార్థాల మైనింగ్ కోసం డిమాండ్ పెరుగుతుంది. ప్రపంచంలోని మెటలర్జికల్ గ్రేడ్ సిలికాన్ (MGS)లో దాదాపు 12% సౌర ఫలకాల కోసం పాలీసిలికాన్‌గా ప్రాసెస్ చేయబడిందని US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ పేర్కొంది.

 

2020లో ప్రపంచంలోని MGSలో సుమారు 70% మరియు దాని పాలీసిలికాన్ సరఫరాలో 77% ఉత్పత్తి చేస్తున్న ఈ రంగంలో చైనా ప్రధాన ఆటగాడు.

 

సిలికాన్‌ను పాలిసిలికాన్‌గా మార్చే ప్రక్రియకు అధిక ఉష్ణోగ్రతలు అవసరం. చైనాలో, ఈ ప్రక్రియలకు శక్తి ప్రధానంగా బొగ్గు నుండి వస్తుంది. జిన్‌జియాంగ్‌లో సమృద్ధిగా బొగ్గు వనరులు మరియు తక్కువ విద్యుత్ ఖర్చులు ఉన్నాయి మరియు దాని పాలీసిలికాన్ ఉత్పత్తి ప్రపంచ ఉత్పత్తిలో 45% వాటాను కలిగి ఉంది.

 

[12]సౌర ఫలకాల ఉత్పత్తి ప్రపంచంలోని వెండిలో దాదాపు 10% వినియోగిస్తుంది. సిల్వర్ మైనింగ్ ప్రధానంగా మెక్సికో, చైనా, పెరూ, చిలీ, ఆస్ట్రేలియా, రష్యా మరియు పోలాండ్‌లలో జరుగుతుంది మరియు హెవీ మెటల్ కాలుష్యం మరియు స్థానిక సంఘాలను బలవంతంగా మార్చడం వంటి సమస్యలకు దారితీయవచ్చు.

 

రాగి మరియు అల్యూమినియం తవ్వకాలు కూడా భూ వినియోగ సవాళ్లను కలిగి ఉన్నాయి. ప్రపంచ రాగి ఉత్పత్తిలో చిలీ 27% వాటాను కలిగి ఉందని US జియోలాజికల్ సర్వే పేర్కొంది, పెరూ (10%), చైనా (8%) మరియు డెమొక్రాటిక్ రిపబ్లిక్ ఆఫ్ కాంగో (8%) ఉన్నాయి. 2050 నాటికి ప్రపంచ పునరుత్పాదక ఇంధన వినియోగం 100%కి చేరుకుంటే, సౌర ప్రాజెక్టుల నుండి రాగికి డిమాండ్ దాదాపు మూడు రెట్లు పెరుగుతుందని ఇంటర్నేషనల్ ఎనర్జీ ఏజెన్సీ (IEA) అభిప్రాయపడింది.

[13]ముగింపు

 

ఒక రోజు సౌరశక్తి మన ప్రధాన శక్తి వనరుగా మారుతుందా? సౌరశక్తి ధర తగ్గుతోంది మరియు సామర్థ్యం మెరుగుపడుతోంది. ఈ సమయంలో, ఎంచుకోవడానికి అనేక విభిన్న సోలార్ టెక్నాలజీ మార్గాలు ఉన్నాయి. మేము ఒకటి లేదా రెండు సాంకేతికతలను ఎప్పుడు గుర్తించి, వాటిని వాస్తవంగా పని చేసేలా చేస్తాము? గ్రిడ్‌లో సౌర శక్తిని ఎలా అనుసంధానించాలి?

 

సౌరశక్తి యొక్క ప్రత్యేకత నుండి ప్రధాన స్రవంతిలో పరిణామం మన శక్తి అవసరాలను తీర్చగల మరియు అధిగమించే సామర్థ్యాన్ని హైలైట్ చేస్తుంది. స్ఫటికాకార సౌర ఘటాలు ప్రస్తుతం మార్కెట్‌లో ఆధిపత్యం చెలాయిస్తున్నప్పటికీ, థిన్-ఫిల్మ్ టెక్నాలజీలో పురోగతి మరియు కాడ్మియం టెల్యురైడ్ మరియు పెరోవ్‌స్కైట్స్ వంటి అభివృద్ధి చెందుతున్న సాంకేతికతలు మరింత సమర్థవంతమైన మరియు సమీకృత సౌర అనువర్తనాలకు మార్గం సుగమం చేస్తున్నాయి. సోలార్ ఎనర్జీ ఇప్పటికీ అనేక సవాళ్లను ఎదుర్కొంటుంది, ముడిసరుకు మైనింగ్ మరియు ఉత్పత్తిలో అడ్డంకులు వంటి పర్యావరణ ప్రభావం వంటి అనేక సవాళ్లను ఎదుర్కొంటుంది, అయితే ఇది వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతున్న, వినూత్నమైన మరియు ఆశాజనకమైన పరిశ్రమ.

 

సాంకేతిక పురోగతి మరియు స్థిరమైన అభ్యాసాల యొక్క సరైన సమతుల్యతతో, సౌరశక్తి యొక్క పెరుగుదల మరియు అభివృద్ధి పరిశుభ్రమైన, మరింత సమృద్ధిగా ఉన్న శక్తి భవిష్యత్తుకు మార్గం సుగమం చేస్తుంది. దీని కారణంగా, ఇది US శక్తి మిశ్రమంలో గణనీయమైన వృద్ధిని చూపుతుంది మరియు ప్రపంచ స్థిరమైన పరిష్కారంగా మారుతుందని భావిస్తున్నారు.