Ontwikkeling van Sonfotovoltaïese Tegnologie

Met tegnologiese vooruitgang en nywerheidsskaalvorming bly die koste van fotovoltaïese (PV) kragopwekking daal, wat dit as 'n sentrale energiebron vir volhoubare ontwikkeling in die toekoms posisioneer.

Sleutelkomponente van Fotovoltaïese Tegnologie
Die kernkomponent van PV-kragopwekkingstegnologie is die sonkrag-PV-sel. Die evolusie van sonkrag-PV-selle kan in drie generasies gekategoriseer word. Die eerste generasie bestaan ​​uit silikon-gebaseerde sonselle; die tweede generasie sluit dunfilm-sonselle in; en die derde generasie omvat nuwe tegnologieë soos hoë-konsentrasie fotovoltaïese (HCPV) selle, organiese sonselle, buigsame sonselle en kleurstof-sensitiewe sonselle. Tans oorheers silikon-gebaseerde sonselle die mark, terwyl dunfilm-selle geleidelik markaandeel wen. Die meeste derdegenerasie-selle, behalwe vir HCPV, is steeds in die navorsingsfase.

Silikon-gebaseerde sonselle

Onder silikon-gebaseerde sonselle is monokristallyne silikontegnologie die mees ontwikkelde. Die doeltreffendheid en koste van hierdie selle word hoofsaaklik beïnvloed deur die vervaardigingsproses, wat stappe soos giet van staafstowwe, wafersny, diffusie, teksturering, skermdruk en sintering insluit. Sonselle wat deur hierdie konvensionele proses vervaardig word, bereik tipies 'n fotoëlektriese omskakelingsdoeltreffendheid van 16-18%.

Monokristallyne silikon-sonselle het die hoogste omskakelingsdoeltreffendheid, maar is ook die duurste. Polikristallyne silikon-sonselle bied 'n goeie kostevermindering deur groot vierkantige silikonblokke wat geskik is vir massaproduksie, direk te vervaardig. Hierdie proses is eenvoudiger, bespaar krag, bewaar silikonmateriaal en vereis laer materiaalgehalte.

Die vermindering van die koste van sonselle kan deur twee hoofstrategieë bereik word: die vermindering van materiaalverbruik (bv. die vermindering van die dikte van silikonwafers) en die verhoging van omskakelingsdoeltreffendheid. Metodes om doeltreffendheid te verbeter, sluit in die verhoging van ligabsorpsie (bv. oppervlakteksturering, antireflektiewe bedekking, die vermindering van die breedte van die voorste elektrode), die vermindering van rekombinasie van fotogegenereerde draers (bv. emitterpassivering), en die minimalisering van weerstand (bv. gelokaliseerde doping, agteroppervlakveldtegnologie).

Die hoogste aangetekende omskakelingsdoeltreffendheid vir monokristallyne silikon-sonselle is 24,7%, behaal deur die PERL-struktuur-sonsel van die Universiteit van Nieu-Suid-Wallis. Belangrike tegnologiese kenmerke sluit in lae fosfor-doteringskonsentrasie op die silikonoppervlak om oppervlakrekombinasie te verminder, hoë-konsentrasie diffusie onder voor- en agteroppervlak-elektrodes om goeie ohmiese kontakte te vorm, en die gebruik van fotolitografie om die vooroppervlak-elektrodes te vernou, wat die ligabsorpsie-area vergroot. Hierdie tegnologie moet egter nog geïndustrialiseer word.

Ander tegnieke om doeltreffendheid te verbeter, sluit in BP Solar se oppervlakgegroefde tekstuurselle en terugkontak (EWT) tegnologie. Eersgenoemde bereik 'n doeltreffendheid van 18.3% deur lasergroewe, wat die breedte van die voorste elektrodes verminder en ligabsorpsie verhoog. Laasgenoemde bereik 'n doeltreffendheid van 21.3% deur die voorste elektrodes na agter te bring, wat die ligabsorberende area vergroot.

Dunfilm-sonselle

Terwyl kristallyne silikon-sonselle oorheers as gevolg van hul hoë doeltreffendheid, is dit 'n uitdaging om hul koste aansienlik te verminder as gevolg van die hoë prys van silikonmateriaal. Dunfilm-sonselle, wat minder materiaal gebruik, het as 'n koste-effektiewe alternatief na vore gekom. Die hooftipes dunfilmselle sluit in silikon-gebaseerde dunfilmselle, kadmiumtelluried (CdTe)-selle en koperindiumgalliumselenied (CIGS)-selle.

Silikon-gebaseerde dunfilmselle is slegs 2 mikrometer dik, en gebruik ongeveer 1.5% van die silikonmateriaal wat vir kristallyne silikonselle benodig word. Afhangende van die aantal PN-aansluitings, kan hierdie selle enkelaansluitings-, dubbelaansluitings- of multiaansluitings- wees, elk in staat om verskillende golflengtes sonlig te absorbeer. Die hoogste doeltreffendheid vir enkelaansluitingselle is ongeveer 7%, terwyl dubbelaansluitingselle 10% kan bereik.

CdTe-dunfilmselle bied hoër doeltreffendheid (tot 12%) as gevolg van hul goeie ligabsorpsie-eienskappe. Die karsinogene aard van kadmium en die beperkte natuurlike reserwes van telluur hou egter langtermyn-ontwikkelingsuitdagings in.

CIGS-dunfilmselle word beskou as die toekoms van hoë-doeltreffendheid dunfilmtegnologie. Deur die vervaardigingsproses aan te pas, kan hul ligabsorpsie verbeter word, wat lei tot hoër omskakelingsdoeltreffendhede. Tans bereik laboratoriumdoeltreffendhede 20.1%, terwyl kommersiële produkte 13-14% behaal, wat hulle die doeltreffendste onder dunfilmselle maak.

Derde-generasie selle

Teoreties kan derdegenerasie-selle hoë omskakelingsdoeltreffendhede behaal. Behalwe vir HCPV, is die meeste nog in die navorsingsfase. HCPV-selle gebruik tipies III-V halfgeleiermateriale, wat hoër hittebestandheid het en hoë omskakelingsdoeltreffendheid onder hoë beligting handhaaf. Multi-aansluitingsstrukture laat hierdie selle toe om noukeurig by die sonspektrum te pas, met teoretiese doeltreffendhede van tot 68%. Kommersiële produksie kan doeltreffendhede van meer as 40% behaal.

Sonselle word in modules ingekapsuleer, en hul toepassings hang af van hul eienskappe en markaanvraag. Vroeë toepassings het kommunikasiebasisstasies en satelliete ingesluit, en later uitgebrei na residensiële gebiede soos sonkragdakke. In hierdie scenario's het beperkte installasiegebiede en hoë energiedigtheidsbehoeftes kristallyne silikonmodules bevoordeel. Met die ontwikkeling van grootskaalse sonkragaanlegte en gebou-geïntegreerde fotovoltaïese eenhede (BIPV), het koste-oorwegings gelei tot toenemende dunfilmseltoepassings. Omgewings- en klimaatstoestande beïnvloed ook die aanvaarding van verskillende tegnologieë.

Toepassings van Sonfotovoltaïese Tegnologie

Om sonstraling in bruikbare elektrisiteit om te skakel, vereis dit 'n volledige sonkrag-PV-stelsel. Sonkrag-PV-selle vorm die fondament van hierdie stelsel, wat ook omsetters, batterye, moniteringstelsels en verspreidingstelsels insluit.

PV-stelselklassifikasie en -samestelling

Sonkrag-PV-stelsels word geklassifiseer as óf buite die netwerk óf netwerkgekoppeld. Nie-netwerkstelsels kan alleenstaande of hibriede wees.

Alleenstaande stelsels word tipies in afgeleë gebiede, kommunikasiebasisstasies en sonkragstraatligte gebruik, wat geheel en al op sonenergie staatmaak. Dit sluit in sonmodules, omsetters, beheerders, batterye, verspreidingstelsels en weerligbeskerming. Batterye en beheerders beïnvloed die stelselkoste en lewensduur aansienlik. Hibriede stelsels kombineer sonenergie met ander bronne soos dieselkragopwekkers of windturbines.

Netwerkgekoppelde stelsels, wat algemeen gebruik word vir sonkragdakke en grootskaalse FV-kragsentrales, benodig nie stoortoerusting nie, wat koste verminder. Hierdie stelsels sluit in sonkragmodules, omsetters, verspreidingstelsels, weerligbeskerming en moniteringstelsels. Tans is netwerkgekoppelde stelsels verantwoordelik vir 80% van alle sonkragtoepassings.

Ander PV-kragopwekkingstegnologieë

Behalwe vir sonkrag-PV-seltegnologie, is omsettertegnologie, netwerkintegrasie, berging en intelligente monitering noodsaaklik vir PV-kragopwekkingstelsels:

Die uitsetkrag van sonselle wissel met die intensiteit van sonstraling, wat intermittensie veroorsaak. Grootskaalse netwerkintegrasie kan die netwerk beïnvloed, wat netwerkbeheer en eilandbeskerming noodsaaklik maak.
Die sonmodule se uitset is gelykstroom (GS), wat hoëgehalte-omskakeling na wisselstroom (WS) via omsetters vereis.
Die kraglewering van die module kan beïnvloed word deur faktore soos temperatuur en skaduwee, wat stelselmonitering en alarmstelsels noodsaak.
Afstandbeheertegnologie is noodsaaklik vir FV-kragsentrales in afgeleë gebiede.
China lei die produksie van sonkragmodules in terme van kwaliteit en skaal. Hoëwinsgebiede binne die bedryfsketting sluit in silikonsuiwering, omsetters, moniteringstelsels en die vervaardiging van FV-toerusting. Om deurbrake in hierdie sleutelgebiede te behaal, is 'n uitdaging vir China se FV-bedryf.

Huidige status en toekomstige vooruitsigte van sonkrag-PV-kragopwekking