Кояш күзәнәкләренең төрләре турында кыскача сөйләшү

Кояш энергиясе кайчандыр алдынгы космик корабларның һәм кайбер гаджетларның саклавы булган, ләкин алай түгел. Соңгы ун ел эчендә кояш энергиясе төп энергия чыганагыннан глобаль энергия ландшафтының төп баганасына әйләнде.

3ир якынча 173,000 ТВ кояш нурланышына дучар була, бу дөньядагы уртача электр ихтыяҗыннан ун тапкырга артыграк.

[1] Димәк, кояш энергиясе безнең барлык энергия ихтыяҗларыбызны канәгатьләндерә ала.

2023 елның беренче яртысында кояш энергиясе җитештерү АКШның гомуми җитештерүнең 5,77% тәшкил итте, 2022 елда 4,95% ка.

[2] Фоссил ягулыклары (нигездә табигый газ һәм күмер) 2022 елда АКШ электр җитештерүнең 60,4% тәшкил итәчәк,

[3] Ләкин кояш энергиясенең үсә барган йогынтысы һәм кояш энергиясе технологиясенең тиз үсеше игътибарга лаек.

 

Кояш күзәнәкләренең төрләре

 

Хәзерге вакытта базарда кояш күзәнәкләренең өч төп категориясе (фотоволтаик (ПВ) күзәнәкләре дип тә атала) бар: кристалл, нечкә пленка һәм барлыкка килүче технологияләр. Бу өч төр батареяның эффективлыгы, бәясе, гомер озынлыгы ягыннан үз өстенлекләре бар.

 

01 кристалл

Күпчелек өй түбәсендәге кояш панельләре югары чисталыклы монокристалл кремнийдан эшләнгән. Бу төр батарея 26% тан артык эффективлыкка һәм соңгы елларда 30 елдан артык хезмәт срогына иреште.

[4] Көнкүреш кояш панельләренең хәзерге эффективлыгы якынча 22%.

 

Поликристалл кремний монокристалл кремнийга караганда азрак тора, ләкин азрак эффектив һәм гомере кыска. Түбән эффективлык күбрәк панельләр һәм күбрәк мәйдан кирәклеген аңлата.

 

Кояш күзәнәкләре Күп чишелешле галлий арсенид (GaAs) технологиясе традицион кояш күзәнәкләренә караганда эффективрак. Бу күзәнәкләр күп катламлы структурага ия, һәм һәр катлам төрле материал куллана, мәсәлән, индий галлий фосфид (GaInP), индий галий арсенид (InGaAs) һәм германий (Ge), кояш нурының төрле дулкын озынлыкларын үзләштерү өчен. Бу күп функцияле күзәнәкләр югары эффективлыкка ирешерләр дип көтелсәләр дә, алар һаман да югары җитештерү чыгымнарыннан, өлгермәгән тикшеренүләр һәм эшләнмәләрдән интегәләр, бу аларның коммерция мөмкинлекләрен һәм практик куллануларын чикли.

 

02 фильм

Дөнья базарында нечкә фильмлы фотоволтаик продуктларның төп агымы - кадмий теллурид (CdTe) фотоволтаик модульләр. Миллионлаган мондый модульләр 30 ГВттан артык энергия җитештерү куәте белән бөтен дөньяга урнаштырылган. Алар, нигездә, АКШ-та электр энергиясе җитештерү өчен кулланыла. завод.

 

Бу нечкә фильм технологиясендә 1 квадрат метрлы кояш модулында AAA размерлы никель-кадмий (Ni-Cd) батареясы белән чагыштырганда аз кадмий бар. Моннан тыш, кояш модульләрендәге кадмий суда эри алмаган һәм 1200 ° C температурада тотрыклы булып кала торган теллурийга бәйләнергә тиеш. Бу факторлар нечкә пленка батарейкаларында кадмий теллурид куллануның агулы куркынычларын йомшарталар.

 

Crир кабыгында теллурийның эчтәлеге миллионга 0,001 өлеш. Платина сирәк элемент булган кебек, теллурийның сирәклеге кадмий теллурид модулының бәясенә зур йогынты ясарга мөмкин. Ләкин, бу проблеманы эшкәртү практикасы ярдәмендә җиңеләйтергә мөмкин.

Кадмий теллурид модулларының эффективлыгы 18,6% ка, лаборатория шартларында батарея эффективлыгы 22% тан артып китә ала. [5] Озак вакыт кулланылган бакыр допингны алыштыру өчен арсеник допинг куллану модуль тормышын яхшырта һәм кристалл батарейкалар белән чагыштырырлык дәрәҗәгә җитә ала.

 

03Эмеринг технологияләре

 

Ультра нечкә фильмнар (1 микроннан да аз) һәм туры чүпләү техникасы ярдәмендә барлыкка килгән фотоволтаик технологияләр җитештерү чыгымнарын киметәчәк һәм кояш күзәнәкләре өчен югары сыйфатлы ярымүткәргечләр белән тәэмин итәчәк. Бу технологияләр кремний, кадмий теллурид һәм галлий арсенид кебек материалларга көндәш булырлар дип көтелә.

 

[6] Бу өлкәдә өч танылган нечкә кино технологиясе бар: бакыр цинк калай сульфид (Cu2ZnSnS4 яки CZTS), цинк фосфид (Zn3P2) һәм бер диварлы углеродлы нанотублар (SWCNT). Лаборатория шартларында бакыр индий галий селенид (CIGS) кояш күзәнәкләре 22,4% тәэсир итә. Ләкин, мондый эффективлык дәрәҗәсен коммерция масштабында кабатлау авыр булып кала.

[7] Кургашлы галид перовскит нечкә пленка күзәнәкләре - барлыкка килүче кояш технологиясе. Перовскит - ABX3 химик формуласының типик кристалл структурасы булган матдә төре. Бу сары, коңгырт яки кара минерал, аның төп компоненты кальций титанаты (CaTiO3). Бөек Британия компаниясе Оксфорд ПВ җитештергән кремний нигезендәге перовскит тандем кояш күзәнәкләре рекордлы эффективлыкка иреште һәм быел җитештерүгә керәчәк.

[8] Берничә ел эчендә перовскит кояш күзәнәкләре кадмий теллурид нечкә пленка күзәнәкләренә охшаган эффективлыкка ирештеләр. Перовскит батарейкаларын беренче тикшерүдә һәм эшкәртүдә гомер озынлыгы зур проблема иде, шулкадәр кыска ки, аны берничә ай эчендә генә исәпләп була.

Бүгенге көндә перовскит күзәнәкләренең хезмәт итү вакыты 25 ел яки аннан да күбрәк. Хәзерге вакытта перовскит кояш күзәнәкләренең өстенлекләре - югары конверсия эффективлыгы (25% тан артык), аз җитештерү чыгымнары һәм җитештерү процессы өчен түбән температуралар.

 

Интеграль кояш панельләрен төзү

 

Кайбер кояш күзәнәкләре кояш спектрының бер өлешен генә алу өчен эшләнгән, шул ук вакытта күренгән яктылык үтәргә мөмкинлек бирә. Бу үтә күренмәле күзәнәкләр буяуга сизгер кояш күзәнәкләре (DSC) дип атала һәм 1991-нче елда Швейцариядә туган. Соңгы елларда яңа тикшеренү-тикшеренү нәтиҗәләре DSC-ларның эффективлыгын күтәрде, һәм бу кояш панельләре базарга чыкканчы озак булмаска мөмкин.

 

Кайбер компанияләр органик булмаган нанопартикларны поликарбонат пыяла катламнарына салалар. Бу технологиядәге нанопартиклар спектрның аерым өлешләрен пыяла читенә күчерәләр, бу спектрның күпчелек өлешен үтәргә мөмкинлек бирә. Пыяла читендә тупланган яктылык аннары кояш күзәнәкләре белән кулланыла. Моннан тыш, перовскит нечкә пленка материалларын ачык кояш тәрәзәләренә куллану һәм тышкы диварлар төзү технологиясе өйрәнелә.

 

Кояш энергиясе өчен кирәк булган чимал

Кояш энергиясен җитештерүне арттыру өчен, кремний, көмеш, бакыр һәм алюминий кебек мөһим чимал казуга сорау артачак. АКШ Энергетика Министрлыгы әйтүенчә, дөньядагы металлургия класслы кремнийның (MGS) якынча 12% кояш панельләре өчен полисиликонга эшкәртелә.

 

Кытай бу өлкәдә төп роль уйный, 2020-нче елда дөньядагы MGSның якынча 70% һәм полисиликон белән тәэмин итүнең 77% җитештерә.

 

Кремнийны полисиликонга әйләндерү процессы бик югары температура таләп итә. Кытайда бу процесслар өчен энергия, нигездә, күмердән килә. Синьцзянда күмер ресурслары һәм электр энергиясе аз, һәм полисиликон җитештерү глобаль җитештерүнең 45% тәшкил итә.

 

[12] Кояш панельләрен җитештерү дөнья көмешенең якынча 10% куллана. Көмеш казу беренче чиратта Мексика, Китай, Перу, Чили, Австралия, Россия һәм Польшада була һәм авыр металл пычрануы һәм җирле җәмгыятьләрне мәҗбүри күчерү кебек проблемаларга китерергә мөмкин.

 

Бакыр һәм алюминий казу шулай ук ​​җирдән файдалану проблемаларын тудыра. АКШ геологик тикшеренүләре әйтүенчә, Чили бакыр җитештерүнең 27% тәшкил итә, аннары Перу (10%), Китай (8%) һәм Конго Демократик Республикасы (8%). Халыкара Энергия Агентлыгы (IEA) фикеренчә, 2050 елга глобаль яңартыла торган энергия куллану 100% ка җитсә, кояш проектларыннан бакырга сорау өч тапкыр диярлек артачак.

[13] Йомгаклау

 

Кояш энергиясе бер көн безнең төп энергия чыганагыбыз булырмы? Кояш энергиясенең бәясе төшә, эффективлык яхшыра. Шул ук вакытта кояш технологияләрен сайлау өчен бик күп юллар бар. Кайчан без бер-ике технологияне ачыклыйбыз һәм аларны чынлап та эшләячәкбез? Кояш энергиясен челтәргә ничек интеграцияләргә?

 

Кояш энергиясенең белгечлектән төп агымга эволюциясе аның энергия ихтыяҗларын канәгатьләндерү һәм арттыру потенциалын күрсәтә. Хәзерге вакытта базарда кристалл кояш күзәнәкләре өстенлек итсә дә, нечкә пленк технологияләр һәм кадмий теллурид һәм перовскитлар кебек барлыкка килүче технологияләр кояш эффектив һәм интеграль кояш куллану өчен юл ача. Кояш энергиясе әле күп проблемалар белән очраша, мәсәлән, чимал казуның экологик йогынтысы һәм җитештерүдәге киртәләр, ләкин бит ул тиз үсә, инновацион һәм перспективалы тармак.

 

Технологик казанышларның һәм тотрыклы тәҗрибәләрнең дөрес балансы белән кояш энергиясенең үсеше һәм үсеше чиста, мул энергия киләчәгенә юл ачачак. Шуңа күрә, ул АКШ энергия катнашмасында зур үсеш күрсәтәчәк һәм глобаль тотрыклы чишелеш булыр дип көтелә.