Balita
Isang maikling talakayan sa mga uri ng solar cell
Ang solar energy ay dating pinangalagaan ng mga advanced na spacecraft at ilang magarbong gadget, ngunit hindi na iyon ang kaso. Sa nakalipas na dekada, ang solar energy ay nagbago mula sa isang angkop na mapagkukunan ng enerhiya tungo sa isang pangunahing haligi ng pandaigdigang tanawin ng enerhiya.
Ang mundo ay patuloy na nakalantad sa humigit-kumulang 173,000TW ng solar radiation, na higit sa sampung beses ng pandaigdigang average na pangangailangan ng kuryente.
[1] Nangangahulugan ito na ang solar energy ay may kakayahang matugunan ang lahat ng ating pangangailangan sa enerhiya.
Sa unang kalahati ng 2023, ang solar power generation ay umabot sa 5.77% ng kabuuang US power generation, mula sa 4.95% noong 2022.
[2] Bagama't ang mga fossil fuel (pangunahin ang natural na gas at karbon) ay aabot ng hanggang 60.4% ng pagbuo ng kuryente sa US noong 2022,
[3] Ngunit ang lumalagong impluwensya ng solar energy at ang mabilis na pag-unlad ng solar energy technology ay nararapat pansinin.
Sa kasalukuyan, mayroong tatlong pangunahing kategorya ng mga solar cell (kilala rin bilang photovoltaic (PV) cells) sa merkado: crystalline, thin-film, at mga umuusbong na teknolohiya. Ang tatlong uri ng mga baterya ay may sariling mga pakinabang sa mga tuntunin ng kahusayan, gastos, at habang-buhay.
01 kristal
Karamihan sa mga solar panel sa rooftop ng bahay ay gawa mula sa high-purity na monocrystalline na silicon. Ang ganitong uri ng baterya ay nakamit ang kahusayan ng higit sa 26% at isang buhay ng serbisyo ng higit sa 30 taon sa mga nakaraang taon.
[4] Ang kasalukuyang kahusayan ng mga solar panel ng sambahayan ay halos 22%.
Ang polycrystalline silicon ay mas mura kaysa sa monocrystalline na silicon, ngunit hindi gaanong mahusay at may mas maikling habang-buhay. Ang mas mababang kahusayan ay nangangahulugan ng mas maraming panel at mas maraming lugar ang kailangan.
Mga solar cell batay sa teknolohiyang multi-junction gallium arsenide (GaAs) ay mas mahusay kaysa sa tradisyonal na mga solar cell. Ang mga cell na ito ay may multi-layer na istraktura, at ang bawat layer ay gumagamit ng ibang materyal, tulad ng indium gallium phosphide (GaInP), indium gallium arsenide (InGaAs) at germanium (Ge), upang sumipsip ng iba't ibang wavelength ng sikat ng araw. Bagama't ang mga multijunction cell na ito ay inaasahang makakamit ang mataas na kahusayan, dumaranas pa rin sila ng mataas na gastos sa pagmamanupaktura at hindi pa sapat na pananaliksik at pag-unlad, na naglilimita sa kanilang komersyal na pagiging posible at praktikal na mga aplikasyon.
02 pelikula
Ang mainstream ng thin-film photovoltaic na mga produkto sa pandaigdigang merkado ay cadmium telluride (CdTe) photovoltaic modules. Milyun-milyong mga naturang module ang na-install sa buong mundo, na may pinakamataas na kapasidad ng pagbuo ng kuryente na higit sa 30GW. Pangunahing ginagamit ang mga ito para sa utility-scale power generation sa United States. pabrika.
Sa teknolohiyang ito ng thin-film, ang isang 1-square-meter solar module ay naglalaman ng mas kaunting cadmium kaysa sa isang AAA-sized na nickel-cadmium (Ni-Cd) na baterya. Bilang karagdagan, ang cadmium sa solar modules ay nakatali sa tellurium, na hindi matutunaw sa tubig at nananatiling matatag sa mga temperatura na kasing taas ng 1,200°C. Ang mga salik na ito ay nagpapagaan sa mga nakakalason na panganib ng paggamit ng cadmium telluride sa mga thin-film na baterya.
Ang nilalaman ng tellurium sa crust ng lupa ay 0.001 parts per million lamang. Tulad ng platinum ay isang bihirang elemento, ang pambihira ng tellurium ay maaaring makabuluhang makaapekto sa halaga ng isang cadmium telluride module. Gayunpaman, posibleng maibsan ang problemang ito sa pamamagitan ng mga kasanayan sa pag-recycle.
Ang kahusayan ng mga module ng cadmium telluride ay maaaring umabot sa 18.6%, at ang kahusayan ng baterya sa isang kapaligiran sa laboratoryo ay maaaring lumampas sa 22%. [5] Ang paggamit ng arsenic doping upang palitan ang copper doping, na ginamit sa mahabang panahon, ay maaaring lubos na mapabuti ang buhay ng module at maabot ang isang antas na maihahambing sa mga kristal na baterya.
03Mga umuusbong na teknolohiya
Ang mga umuusbong na teknolohiyang photovoltaic na gumagamit ng mga ultra-thin na pelikula (mas mababa sa 1 micron) at mga diskarte sa direktang pagdedeposito ay magbabawas sa mga gastos sa produksyon at magbibigay ng mataas na kalidad na semiconductors para sa mga solar cell. Ang mga teknolohiyang ito ay inaasahang magiging kakumpitensya sa mga itinatag na materyales tulad ng silicon, cadmium telluride at gallium arsenide.
[6]May tatlong kilalang teknolohiya ng thin film sa larangang ito: copper zinc tin sulfide (Cu2ZnSnS4 o CZTS), zinc phosphide (Zn3P2) at single-walled carbon nanotubes (SWCNT). Sa isang setting ng laboratoryo, ang copper indium gallium selenide (CIGS) solar cells ay umabot sa isang kahanga-hangang peak efficiency na 22.4%. Gayunpaman, nananatiling isang hamon ang pagkopya ng gayong mga antas ng kahusayan sa isang komersyal na sukat.
[7]Ang lead halide perovskite thin film cells ay isang kaakit-akit na umuusbong na solar technology. Ang Perovskite ay isang uri ng substance na may tipikal na kristal na istraktura ng kemikal na formula ABX3. Ito ay isang dilaw, kayumanggi o itim na mineral na ang pangunahing bahagi ay calcium titanate (CaTiO3). Ang commercial-scale silicon-based perovskite tandem solar cells na ginawa ng kumpanya ng UK na Oxford PV ay nakamit ang record na kahusayan na 28.6% at papasok sa produksyon ngayong taon.
[8]Sa loob lamang ng ilang taon, ang perovskite solar cells ay nakamit ang mga kahusayan na katulad ng sa mga kasalukuyang cadmium telluride thin-film cells. Sa unang bahagi ng pananaliksik at pag-unlad ng mga perovskite na baterya, ang haba ng buhay ay isang malaking isyu, napakaikli na maaari lamang itong kalkulahin sa mga buwan.
Ngayon, ang mga perovskite cell ay may buhay ng serbisyo na 25 taon o higit pa. Sa kasalukuyan, ang mga bentahe ng perovskite solar cells ay mataas na conversion efficiency (higit sa 25%), mababang gastos sa produksyon at mababang temperatura na kinakailangan para sa proseso ng produksyon.
Pagbuo ng pinagsamang mga solar panel
Ang ilang mga solar cell ay idinisenyo upang makuha lamang ang isang bahagi ng solar spectrum habang pinapayagan ang nakikitang liwanag na dumaan. Ang mga transparent na cell na ito ay tinatawag na dye-sensitized solar cells (DSC) at isinilang sa Switzerland noong 1991. Ang mga bagong resulta ng R&D sa mga nakalipas na taon ay nagpabuti sa kahusayan ng mga DSC, at maaaring hindi magtatagal bago ang mga solar panel na ito ay nasa merkado.
Ang ilang mga kumpanya ay naglalagay ng mga inorganic na nanoparticle sa polycarbonate na mga layer ng salamin. Ang mga nanopartikel sa teknolohiyang ito ay naglilipat ng mga partikular na bahagi ng spectrum sa gilid ng salamin, na nagpapahintulot sa karamihan ng spectrum na dumaan. Ang liwanag na puro sa gilid ng salamin ay pagkatapos ay harnessed sa pamamagitan ng solar cell. Bilang karagdagan, ang teknolohiya para sa paglalapat ng perovskite thin film materials sa transparent solar windows at pagbuo ng mga panlabas na pader ay kasalukuyang pinag-aaralan.
Mga hilaw na materyales na kailangan para sa solar energy
Upang madagdagan ang pagbuo ng solar power, tataas ang pangangailangan para sa pagmimina ng mahahalagang hilaw na materyales tulad ng silikon, pilak, tanso at aluminyo. Ang US Department of Energy ay nagsasaad na humigit-kumulang 12% ng metalurgical grade silicon (MGS) sa mundo ay pinoproseso sa polysilicon para sa mga solar panel.
Ang China ay isang pangunahing manlalaro sa larangang ito, na gumagawa ng humigit-kumulang 70% ng MGS sa mundo at 77% ng supply ng polysilicon nito sa 2020.
Ang proseso ng pag-convert ng silikon sa polysilicon ay nangangailangan ng napakataas na temperatura. Sa Tsina, ang enerhiya para sa mga prosesong ito ay pangunahing nagmumula sa karbon. Ang Xinjiang ay may masaganang mapagkukunan ng karbon at mababang gastos sa kuryente, at ang produksyon ng polysilicon nito ay bumubuo ng 45% ng pandaigdigang produksyon.
[12]Ang paggawa ng mga solar panel ay gumagamit ng humigit-kumulang 10% ng pilak sa mundo. Pangunahing nangyayari ang pagmimina ng pilak sa Mexico, China, Peru, Chile, Australia, Russia at Poland at maaaring humantong sa mga problema tulad ng kontaminasyon ng mabibigat na metal at sapilitang paglipat ng mga lokal na komunidad.
Ang pagmimina ng tanso at aluminyo ay nagdudulot din ng mga hamon sa paggamit ng lupa. Ang US Geological Survey ay nagsasaad na ang Chile ay bumubuo ng 27% ng pandaigdigang produksyon ng tanso, na sinusundan ng Peru (10%), China (8%) at ang Democratic Republic of Congo (8%). Naniniwala ang International Energy Agency (IEA) na kung ang paggamit ng global renewable energy ay umabot sa 100% pagsapit ng 2050, halos triple ang demand para sa tanso mula sa mga solar project.
[13]Konklusyon
Ang solar energy ba isang araw ay magiging pangunahing mapagkukunan ng enerhiya? Bumababa ang presyo ng solar energy at bumubuti ang kahusayan. Pansamantala, mayroong maraming iba't ibang mga ruta ng solar technology na mapagpipilian. Kailan natin makikilala ang isa o dalawang teknolohiya at gagawing aktuwal ang mga ito? Paano isama ang solar energy sa grid?
Ang ebolusyon ng solar energy mula sa espesyalidad hanggang sa mainstream ay nagpapakita ng potensyal nito na matugunan at lumampas sa ating mga pangangailangan sa enerhiya. Habang ang mga kristal na solar cell ay kasalukuyang nangingibabaw sa merkado, ang mga pag-unlad sa thin-film na teknolohiya at mga umuusbong na teknolohiya tulad ng cadmium telluride at perovskites ay nagbibigay daan para sa mas mahusay at pinagsamang mga solar application. Ang enerhiya ng solar ay nahaharap pa rin sa maraming mga hamon, tulad ng epekto sa kapaligiran ng pagmimina ng hilaw na materyal at mga bottleneck sa produksyon, ngunit pagkatapos ng lahat, ito ay isang mabilis na lumalago, makabago at nangangako na industriya.
Gamit ang tamang balanse ng mga teknolohikal na pagsulong at napapanatiling mga kasanayan, ang paglago at pag-unlad ng solar energy ay magbibigay daan para sa isang mas malinis, mas masaganang hinaharap ng enerhiya. Dahil dito, magpapakita ito ng makabuluhang paglago sa pinaghalong enerhiya ng US at inaasahang magiging isang pandaigdigang napapanatiling solusyon.