Муҳокимаи мухтасар дар бораи намудҳои ҳуҷайраҳои офтобӣ

Энергияи офтобӣ як вақтҳо нигоҳдории киштиҳои пешрафтаи кайҳонӣ ва баъзе гаҷетҳои зебо буд, аммо ин ҳоло чунин нест. Дар давоми даҳсолаи охир энергияи офтобӣ аз як манбаи энергетикӣ ба як рукни асосии манзараи энергетикии ҷаҳонӣ табдил ёфт.

Замин пайваста ба тақрибан 173,000 ТВт радиатсияи офтобӣ дучор мешавад, ки аз талаботи миёнаи ҷаҳонӣ ба нерӯи барқ ​​даҳ маротиба зиёдтар аст.

[1] Ин маънои онро дорад, ки энергияи офтобӣ қобилияти қонеъ кардани тамоми ниёзҳои энергетикии моро дорад.

Дар нимаи аввали соли 2023 тавлиди нерӯи офтобӣ 5,77% аз ҳаҷми умумии тавлиди нерӯи барқи ИМА-ро ташкил дод, ки аз 4,95% дар соли 2022.

[2] Ҳарчанд сӯзишвории истихроҷшаванда (асосан гази табиӣ ва ангишт) дар соли 2022 то 60,4% тавлиди нерӯи барқи ИМА-ро ташкил хоҳад дод,

[3] Аммо таъсири афзояндаи энергияи офтобӣ ва рушди босуръати технологияи энергияи офтобӣ сазовори таваҷҷӯҳ аст.

 

Намудҳои ҳуҷайраҳои офтобӣ

 

Дар айни замон, дар бозор се категорияи асосии ҳуҷайраҳои офтобӣ (инчунин бо номи ҳуҷайраҳои фотоэлектрикӣ (PV) маълуманд) мавҷуданд: кристаллӣ, филми тунук ва технологияҳои нав. Ин се намуди батареяҳо аз ҷиҳати самаранокӣ, арзиш ва мӯҳлати истифода бартариҳои худро доранд.

 

01 кристалл

Аксари панелҳои офтобии хона аз кремнийи монокристалии тозагӣ сохта шудаанд. Ин навъи аккумулятор дар солњои охир самаранокии бештар аз 26 фоиз ва мўњлати хизмати зиёда аз 30 солро ба даст овард.

[4] Самаранокии кунунии панелҳои офтобии хонагӣ тақрибан 22% -ро ташкил медиҳад.

 

Кремнийи поликристаллӣ нисбат ба кремнийи монокристаллӣ арзонтар аст, аммо камсамар аст ва умри кӯтоҳтар дорад. Самаранокии паст маънои онро дорад, ки панелҳои бештар ва майдони бештар лозим аст.

 

Ҳуҷайраҳои офтобӣ дар асоси технологияи бисёрсоҳаи арсениди галлий (GaAs) нисбат ба ҳуҷайраҳои анъанавии офтобӣ самараноктаранд. Ин ҳуҷайраҳо сохтори бисёрқабата доранд ва ҳар як қабат барои азхуд кардани дарозии мавҷҳои гуногуни нури офтоб маводи гуногун, аз қабили фосфиди индий галлий (GaInP), арсениди галлий индӣ (InGaAs) ва германий (Ge) истифода мебарад. Ҳарчанд интизор меравад, ки ин ҳуҷайраҳои бисёрҷанба ба самаранокии баланд ноил шаванд, онҳо то ҳол аз хароҷоти баланди истеҳсолӣ ва таҳқиқот ва коркарди нобаробар азоб мекашанд, ки имкони тиҷоратӣ ва татбиқи амалии онҳоро маҳдуд мекунад.

 

02 фильм

Маҷрои асосии маҳсулоти фотоэлектрикӣ дар бозори ҷаҳонӣ модулҳои фотоэлектрикӣ теллуриди кадмий (CdTe) мебошанд. Миллионҳо чунин модулҳо дар саросари ҷаҳон насб шудаанд, ки иқтидори баландтарини тавлиди нерӯи барқ ​​беш аз 30 ГВт мебошад. Онҳо асосан барои тавлиди нерӯи барқ ​​дар Иёлоти Муттаҳида истифода мешаванд. завод.

 

Дар ин технологияи филми тунук, модули офтобии 1 метри мураббаъ назар ба батареяи никел-кадмий (Ni-Cd) андозаи AAA камтар кадмий дорад. Илова бар ин, кадмий дар модулҳои офтобӣ ба теллур пайваст аст, ки дар об ҳалнашаванда аст ва дар ҳарорати то 1200 ° C устувор мемонад. Ин омилҳо хатари заҳролудро аз истифодаи теллуриди кадмий дар батареяҳои тунук кам мекунанд.

 

Микдори теллур дар кишри замин хамагй 0,001 кисм дар як миллионро ташкил медихад. Тавре ки платина як унсури нодир аст, камёфт будани теллур метавонад ба арзиши модули теллуриди кадмий таъсир расонад. Аммо, ин мушкилотро тавассути таҷрибаҳои такрорӣ бартараф кардан мумкин аст.

Самаранокии модулҳои теллуриди кадмий метавонад ба 18,6% ва самаранокии батарея дар муҳити лабораторӣ аз 22% зиёд бошад. [5] Истифодаи допинги мышьяк барои иваз кардани допинги мис, ки муддати тӯлонӣ истифода мешавад, метавонад ҳаёти модулро хеле беҳтар кунад ва ба сатҳи муқоисашаванда бо батареяҳои кристаллӣ бирасад.

 

03 Технологияҳои пайдошаванда

 

Технологияҳои пайдошудаи фотоэлектрикӣ бо истифода аз плёнкаҳои ултра тунук (камтар аз 1 микрон) ва усулҳои ҷойгиркунии мустақим хароҷоти истеҳсолиро коҳиш медиҳанд ва нимноқилҳои баландсифатро барои ҳуҷайраҳои офтобӣ таъмин мекунанд. Интизор меравад, ки ин технологияҳо рақибони маводҳои муқарраршуда ба монанди кремний, теллуриди кадмий ва арсениди галий шаванд.

 

[6] Дар ин соҳа се технологияи маъруфи плёнкаи тунук мавҷуданд: сулфиди қалъаи руҳ (Cu2ZnSnS4 ё CZTS), фосфиди руҳ (Zn3P2) ва нанотубаҳои карбон як девордор (SWCNT). Дар муҳити лабораторӣ, ҳуҷайраҳои офтобии селениди галлиуми мис (CIGS) ба баландтарин самаранокии таъсирбахши 22,4% расид. Бо вуҷуди ин, такрори чунин сатҳҳои самаранокӣ дар миқёси тиҷоратӣ мушкил боқӣ мемонад.

[7] Ҳуҷайраҳои филми тунуки галогени сурб перовскит як технологияи ҷолиби офтобӣ мебошанд. Перовскит як навъи моддаест, ки дорои сохтори кристаллии хоси формулаи химиявии ABX3 мебошад. Он минерали зард, қаҳваранг ё сиёҳ аст, ки ҷузъи асосии он титанати калсий (CaTiO3) мебошад. Ячейкаҳои офтобии тандемии перовскит дар асоси силикон дар миқёси тиҷоратӣ, ки аз ҷониби ширкати бритониёии Оксфорд PV истеҳсол шудааст, самаранокии рекордии 28,6% ба даст овардаанд ва имсол ба истеҳсолот ворид мешаванд.

[8]Дар тӯли чанд сол, ҳуҷайраҳои офтобии перовскит ба самаранокии шабеҳи ҳуҷайраҳои тунуки теллуриди кадмий ноил шуданд. Дар ибтидои тадқиқот ва таҳияи батареяҳои перовскит, мӯҳлати умр як масъалаи бузург буд, ки он қадар кӯтоҳ буд, ки онро танҳо дар моҳҳо ҳисоб кардан мумкин буд.

Имрӯз, ҳуҷайраҳои перовскит мӯҳлати хидматрасонии 25 сол ва бештар аз он доранд. Дар айни замон, бартариҳои ҳуҷайраҳои офтобии перовскит самаранокии баланди табдилдиҳӣ (зиёда аз 25%), хароҷоти пасти истеҳсолот ва ҳарорати паст барои раванди истеҳсолот мебошанд.

 

Сохтани панелҳои офтобии ҳамгирошуда

 

Баъзе ҳуҷайраҳои офтобӣ барои гирифтани танҳо як қисми спектри офтобӣ тарҳрезӣ шудаанд ва имкон медиҳанд, ки нури намоён аз он гузарад. Ин ҳуҷайраҳои шаффоф ҳуҷайраҳои офтобии ба ранг ҳассосшуда (DSC) номида мешаванд ва соли 1991 дар Швейтсария таваллуд шудаанд. Натиҷаҳои нави тадқиқотӣ дар солҳои охир самаранокии DSC-ҳоро беҳтар карданд ва шояд чанде нагузашта бошад, ки ин панелҳои офтобӣ дар бозор пайдо шаванд.

 

Баъзе ширкатҳо нанозарраҳои ғайриорганикиро ба қабатҳои поликарбонати шиша ворид мекунанд. Нанозаррачаҳо дар ин технология қисмҳои мушаххаси спектрро ба канори шиша мекӯчонанд ва имкон медиҳанд, ки аксари спектр аз он гузаранд. Нуре, ки дар канори шиша мутамарказ шудааст, пас аз ҳуҷайраҳои офтобӣ истифода мешавад. Гайр аз ин, холо технологиям ба тирезахои шаффофи офтобй ва сохтани деворхои берунй ба кор бурдани материалхои тунуки перовскит омухта мешавад.

 

Ашьёи хом, ки барои энергиям офтоб зарур аст

Барои зиёд кардани истеҳсоли нерӯи офтоб, талабот ба истихроҷи ашёи хоми муҳим, аз қабили кремний, нуқра, мис ва алюминий меафзояд. Вазорати энергетикаи ИМА мегӯяд, ки тақрибан 12% кремнийи дараҷаи металлургии ҷаҳон (MGS) ба полисиликон барои панелҳои офтобӣ коркард карда мешавад.

 

Чин як бозигари асосӣ дар ин соҳа буда, дар соли 2020 тақрибан 70% MGS дар ҷаҳон ва 77% таъминоти полисиликонро тавлид мекунад.

 

Процесси ба полисилиций табдил додани кремний харорати хеле баландро талаб мекунад. Дар Чин энергия барои ин равандҳо асосан аз ангишт гирифта мешавад. Шинҷон дорои захираҳои фаровони ангишт ва хароҷоти ками нерӯи барқ ​​аст ва истеҳсоли полисиликон 45% тавлидоти ҷаҳониро ташкил медиҳад.

 

[12] Истеҳсоли панелҳои офтобӣ тақрибан 10% нуқраи ҷаҳонро сарф мекунад. Истихроҷи нуқра асосан дар Мексика, Чин, Перу, Чилӣ, Австралия, Русия ва Лаҳистон сурат мегирад ва метавонад ба мушкилоте чун олудашавии металлҳои вазнин ва кӯчонидани иҷбории ҷамоатҳои маҳаллӣ оварда расонад.

 

Истихроҷи мис ва алюминий низ дар истифодаи замин мушкилот ба бор меорад. Хадамоти геологии ИМА қайд мекунад, ки 27% истеҳсоли мис дар ҷаҳон ба Чили рост меояд, пас Перу (10%), Чин (8%) ва Ҷумҳурии Демократии Конго (8%). Агентии Байналмилалии Энержӣ (IEA) бар ин назар аст, ки агар то соли 2050 истифодабарии энергияи барқароршавандаи ҷаҳонӣ ба 100% мерасад, талабот ба мис аз лоиҳаҳои офтобӣ тақрибан се баробар афзоиш меёбад.

[13]Хулоса

 

Оё энергияи офтобӣ рӯзе манбаи асосии энергияи мо мегардад? Нархи энергияи офтоб паст шуда, самаранокии он беҳтар мешавад. Дар айни замон, роҳҳои зиёди технологияи офтобӣ барои интихоб вуҷуд доранд. Мо кай як ё ду технологияро муайян мекунем ва онҳоро воқеан кор мекунем? Энергияи офтобиро ба шабака чӣ гуна бояд муттаҳид кард?

 

Эволютсияи энергияи офтобӣ аз ихтисос ба ҷараёни асосӣ иқтидори онро барои қонеъ кардан ва зиёд кардани ниёзҳои энергетикии мо нишон медиҳад. Дар ҳоле, ки дар айни замон ҳуҷайраҳои офтобии кристаллӣ дар бозор бартарӣ доранд, пешрафтҳо дар технологияи лоғар ва технологияҳои нав ба монанди теллуриди кадмий ва перовскитҳо роҳро барои истифодаи самаранок ва ҳамгирошудаи офтобӣ мекушоянд. Энергияи офтобӣ то ҳол бо мушкилоти зиёд рӯбарӯ аст, ба монанди таъсири муҳити зисти истихроҷи ашёи хом ва мушкилот дар истеҳсолот, аммо дар ниҳоят, он як соҳаи босуръат рушдёбанда, инноватсионӣ ва ояндадор аст.

 

Бо тавозуни дурусти пешрафтҳои технологӣ ва таҷрибаҳои устувор, афзоиш ва рушди энергияи офтобӣ роҳро барои ояндаи тозатар ва фаровони энергетикӣ боз мекунад. Аз ин рӯ, он афзоиши назарраси омехтаи энергетикии ИМА-ро нишон медиҳад ва интизор меравад, ки як ҳалли устувори ҷаҳонӣ гардад.