የፀሐይ ፎቶቮልታይክ ቴክኖሎጂ ልማት

በቴክኖሎጂ እድገትና በኢንዱስትሪው መስፋፋት፣ የፎቶቮልታይክ (PV) የኃይል ማመንጫ ወጪ እየቀነሰ በመምጣቱ ለወደፊቱ ዘላቂ ልማት ወሳኝ የኃይል ምንጭ አድርጎ አስቀምጦታል።

የፎቶቮልታይክ ቴክኖሎጂ ቁልፍ ክፍሎች
የPV የኃይል ማመንጫ ቴክኖሎጂ ዋና አካል የፀሐይ PV ሴል ነው። የፀሐይ PV ሴሎች ዝግመተ ለውጥ በሦስት ትውልዶች ሊመደብ ይችላል። የመጀመሪያው ትውልድ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የፀሐይ ሴሎችን ያቀፈ ነው፤ ሁለተኛው ትውልድ ቀጭን-ፊልም የፀሐይ ሴሎችን ያካትታል፤ ሦስተኛው ትውልድ ደግሞ ከፍተኛ-ክምችት ያለው የፎቶቮልታይክ (HCPV) ሴሎች፣ ኦርጋኒክ የፀሐይ ሴሎች፣ ተለዋዋጭ የፀሐይ ሴሎች እና ቀለም-ስሜታዊ የፀሐይ ሴሎችን የመሳሰሉ አዳዲስ ቴክኖሎጂዎችን ያካትታል። በአሁኑ ጊዜ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የፀሐይ ሴሎች ገበያውን ይቆጣጠራሉ፣ ቀጭን-ፊልም ሴሎች ደግሞ ቀስ በቀስ የገበያ ድርሻ እያገኙ ነው። ከHCPV በስተቀር አብዛኛዎቹ የሶስተኛ ትውልድ ሴሎች አሁንም በምርምር ደረጃ ላይ ይገኛሉ።

በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የፀሐይ ሴሎች

በሲሊኮን ላይ ከተመሰረቱ የፀሐይ ሴሎች መካከል የሞኖክሪስታሊን ሲሊከን ቴክኖሎጂ በጣም የበሰለ ነው። የእነዚህ ሴሎች ቅልጥፍና እና ዋጋ በዋናነት የሚነካው በማኑፋክቸሪንግ ሂደት ሲሆን ይህም እንደ ኢንጎት casting፣ wafer scacking፣ diffusion፣ texturering፣ screen printing እና sintering ያሉ ደረጃዎችን ያካትታል። በዚህ ባህላዊ ሂደት የሚመነጩ የፀሐይ ሴሎች በተለምዶ ከ16-18% የፎቶኤሌክትሪክ ልወጣ ውጤታማነትን ያገኛሉ።

ሞኖክሪስታሊን ሲሊከን የፀሐይ ሴሎች ከፍተኛ የመቀየሪያ ቅልጥፍና ቢኖራቸውም በጣም ውድ ናቸው። ፖሊክሪስታሊን ሲሊከን የፀሐይ ሴሎች ለጅምላ ምርት ተስማሚ የሆኑ ትላልቅ መጠን ያላቸው ካሬ ሲሊከን ኢንጎቶችን በቀጥታ በማምረት ጥሩ የወጪ ቅነሳ ይሰጣሉ። ይህ ሂደት ቀላል፣ ኃይል ይቆጥባል፣ የሲሊከን ቁሳቁሶችን ይቆጥባል እና ዝቅተኛ የቁሳቁስ ጥራት ይፈልጋል።

የፀሐይ ሴሎችን ወጪ መቀነስ በሁለት ዋና ዋና ስልቶች ሊከናወን ይችላል፤ እነሱም የቁሳቁስ ፍጆታን መቀነስ (ለምሳሌ የሲሊኮን ዋፈር ውፍረት መቀነስ) እና የልወጣ ቅልጥፍናን መጨመር ናቸው። ቅልጥፍናን ለማሻሻል የሚረዱ ዘዴዎች የብርሃን መምጠጥን መጨመር (ለምሳሌ፣ የገጽታ ሸካራነት፣ ፀረ-ነጸብራቅ ሽፋን፣ የፊት ኤሌክትሮድ ስፋት መቀነስ)፣ የፎቶ-የተፈጠሩ ተሸካሚዎችን እንደገና ማዋሃድ መቀነስ (ለምሳሌ፣ አመንጪ ፓሲቭሽን) እና የመቋቋም አቅምን መቀነስ (ለምሳሌ፣ አካባቢያዊ ዶፒንግ፣ የኋላ ወለል መስክ ቴክኖሎጂ) ያካትታሉ።

ለሞኖክሪስታሊን ሲሊከን የፀሐይ ሴሎች ከፍተኛው የተመዘገበው የልወጣ ውጤታማነት 24.7% ሲሆን ይህም የተገኘው ከኒው ሳውዝ ዌልስ ዩኒቨርሲቲ በተገኘ የPERL መዋቅር የፀሐይ ሴል ነው። ቁልፍ የቴክኖሎጂ ባህሪያት የገጽታ ዳግም ውህደትን ለመቀነስ በሲሊኮን ወለል ላይ ዝቅተኛ የፎስፈረስ ዶፒንግ ክምችት፣ ከፊትና ከኋላ ወለል ኤሌክትሮዶች ስር ከፍተኛ የማጎሪያ ስርጭት ጥሩ የኦህሚክ ግንኙነቶችን ለመፍጠር እና የፊት ገጽ ኤሌክትሮዶችን ለማጥበብ የፎቶሊቶግራፊ አጠቃቀምን እና የብርሃን መምጠጥ ቦታን ይጨምራል። ሆኖም ግን፣ ይህ ቴክኖሎጂ እስካሁን ድረስ በኢንዱስትሪ ደረጃ አልተለወጠም።

ቅልጥፍናን ለማሻሻል የሚረዱ ሌሎች ዘዴዎች የቢፒ ሶላርን የገጽታ ጎድጎድ ሸካራነት ያላቸው ሴሎች እና የኋላ ግንኙነት (EWT) ቴክኖሎጂን ያካትታሉ። የመጀመሪያው በሌዘር ግሩቪንግ አማካኝነት 18.3% ቅልጥፍናን ያገኛል፣ ይህም የፊት ኤሌክትሮዶችን ስፋት ይቀንሳል እና የብርሃን መምጠጥን ይጨምራል። የኋለኛው የፊት ኤሌክትሮዶችን ወደ ኋላ በማምጣት ብርሃን የሚስብ ቦታን በመጨመር 21.3% ቅልጥፍናን ያገኛል።

ቀጭን-ፊልም የፀሐይ ህዋሳት

ክሪስታላይን ሲሊከን የፀሐይ ሴሎች ከፍተኛ ቅልጥፍና ስላላቸው የበላይነታቸውን ቢቆጣጠሩም፣ የሲሊኮን ቁሳቁስ ከፍተኛ ዋጋ በመኖሩ ወጪያቸውን መቀነስ በእጅጉ ፈታኝ ነው። አነስተኛ ቁሳቁስ የሚጠቀሙ ቀጭን-ፊልም የፀሐይ ሴሎች እንደ ወጪ ቆጣቢ አማራጭ ብቅ ብለዋል። ዋናዎቹ ቀጭን-ፊልም ሴሎች ዓይነቶች በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ቀጭን-ፊልም ሴሎች፣ ካድሚየም ቴሉሪድ (ሲዲቲኢ) ሴሎች እና የመዳብ ኢንዲየም ጋሊየም ሴሌናይድ (ሲአይኤስ) ሴሎችን ያካትታሉ።

በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ቀጭን-ፊልም ሴሎች ውፍረት 2 ማይክሮሜትር ብቻ ሲሆን ለክሪስታሊን ሲሊከን ሴሎች የሚያስፈልገውን የሲሊኮን ቁሳቁስ 1.5% ያህል ይጠቀማሉ። እንደ ፒኤን መጋጠሚያዎች ብዛት፣ እነዚህ ሴሎች ነጠላ-መጋጠሚያ፣ ድርብ-መጋጠሚያ ወይም ባለብዙ-መጋጠሚያ ሊሆኑ ይችላሉ፣ እያንዳንዳቸው የተለያዩ የፀሐይ ብርሃን የሞገድ ርዝመቶችን የመምጠጥ ችሎታ አላቸው። ለነጠላ-መጋጠሚያ ሴሎች ከፍተኛው ብቃት 7% አካባቢ ሲሆን ድርብ-መጋጠሚያ ሴሎች 10% ሊደርሱ ይችላሉ።

የሲዲቲ ቀጭን-ፊልም ሴሎች ጥሩ የብርሃን መምጠጥ ባህሪያቸው ስላላቸው ከፍተኛ ቅልጥፍና (እስከ 12%) ይሰጣሉ። ይሁን እንጂ የካድሚየም ካርሲኖጂካዊ ባህሪ እና የተገደበው የቴሉሪየም የተፈጥሮ ክምችት የረጅም ጊዜ የእድገት ተግዳሮቶችን ያስከትላል።

የሲጂኤስ ቀጭን-ፊልም ሴሎች ከፍተኛ ብቃት ያለው ቀጭን-ፊልም ቴክኖሎጂ የወደፊት ዕጣ ፈንታ እንደሆኑ ይቆጠራሉ። የማኑፋክቸሪንግ ሂደቱን በማስተካከል የብርሃን መምጠጥ ሊሻሻል ይችላል፣ ይህም ከፍተኛ የልወጣ ቅልጥፍናን ያስከትላል። በአሁኑ ጊዜ የላብራቶሪ ቅልጥፍናዎች 20.1% ሲደርሱ የንግድ ምርቶች ደግሞ ከ13-14% ያደርሳሉ፣ ይህም በቀጭን-ፊልም ሴሎች መካከል በጣም ቀልጣፋ ያደርጋቸዋል።

የሶስተኛ ትውልድ ሴሎች

በቲዎሬቲካል አኳያ፣ የሶስተኛ ትውልድ ሴሎች ከፍተኛ የመቀየር ቅልጥፍናን ሊያገኙ ይችላሉ። ከHCPV በስተቀር፣ አብዛኛዎቹ አሁንም በምርምር ደረጃ ላይ ይገኛሉ። የHCPV ሴሎች በተለምዶ ከፍተኛ የሙቀት መቋቋም እና ከፍተኛ ብርሃን ባለበት ወቅት ከፍተኛ የመቀየር ቅልጥፍናን የሚጠብቁ የ III-V ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶችን ይጠቀማሉ። ባለብዙ-መጋጠሚያ መዋቅሮች እነዚህ ሴሎች ከፀሐይ ስፔክትረም ጋር በቅርበት እንዲዛመዱ ያስችላቸዋል፣ እስከ 68% የሚደርሱ የቲዎሬቲካል ቅልጥፍናዎች አሏቸው። የንግድ ምርት ከ40% በላይ ቅልጥፍናዎችን ሊያሳካ ይችላል።

የፀሐይ ሴሎች በሞጁሎች ውስጥ የተካተቱ ሲሆን አፕሊኬሽኖቻቸውም በባህሪያቸው እና በገበያ ፍላጎቶቻቸው ላይ የተመሰረቱ ናቸው። ቀደምት አፕሊኬሽኖች የመገናኛ ጣቢያ እና ሳተላይቶችን ያካተቱ ሲሆን በኋላ ላይ እንደ የፀሐይ ጣሪያዎች ባሉ የመኖሪያ አካባቢዎች ይስፋፋሉ። በእነዚህ ሁኔታዎች ውስጥ የተገደቡ የመጫኛ ቦታዎች እና ከፍተኛ የኃይል ጥግግት ፍላጎቶች ክሪስታሊን ሲሊከን ሞጁሎችን መርጠዋል። ትላልቅ የፀሐይ ኃይል ማመንጫዎች እና የግንባታ-የተቀናጁ የፎቶቮልታይኮች (BIPV) እድገት ሲኖር፣ የወጪ ግምት ወደ ቀጭን-ፊልም ሴል አፕሊኬሽኖች እንዲጨምር ምክንያት ሆኗል። የአካባቢ እና የአየር ንብረት ሁኔታዎች የተለያዩ ቴክኖሎጂዎችን አጠቃቀም ላይም ተጽዕኖ ያሳድራሉ።

የፀሐይ ፎቶቮልታይክ ቴክኖሎጂ አፕሊኬሽኖች

የፀሐይ ጨረርን ወደ ጥቅም ላይ ሊውል የሚችል የኤሌክትሪክ ኃይል መቀየር የተሟላ የፀሐይ ኃይል ማመንጫ ስርዓት ያስፈልገዋል። የፀሐይ ኃይል ማመንጫ ሴሎች የዚህ ሥርዓት መሠረት ሲሆኑ፣ ይህም ኢንቨርተሮችን፣ ባትሪዎችን፣ የክትትል ስርዓቶችን እና የስርጭት ስርዓቶችን ያካትታል።

የ PV ስርዓት ምደባ እና ቅንብር

የፀሐይ ኃይል ማመንጫ ስርዓቶች ከግሪድ ውጪ ወይም ከግሪድ ውጭ የተሳሰሩ ተብለው ይመደባሉ። ከግሪድ ውጭ ያሉ ስርዓቶች ራሳቸውን የቻሉ ወይም የተደባለቁ ሊሆኑ ይችላሉ።

ገለልተኛ ስርዓቶች በተለምዶ በርቀት አካባቢዎች፣ የመገናኛ ጣቢያ ጣቢያዎች እና የፀሐይ የመንገድ መብራቶች ላይ ጥቅም ላይ የሚውሉ ሲሆን ሙሉ በሙሉ በፀሐይ ኃይል ላይ የተመሰረቱ ናቸው። እነዚህም የፀሐይ ሞጁሎችን፣ ኢንቨርተሮችን፣ መቆጣጠሪያዎችን፣ ባትሪዎችን፣ የስርጭት ስርዓቶችን እና የመብረቅ መከላከያዎችን ያካትታሉ። ባትሪዎች እና መቆጣጠሪያዎች የስርዓት ወጪን እና የህይወት ዘመንን በእጅጉ ይነካሉ። የተዋሃዱ ስርዓቶች የፀሐይ ኃይልን ከሌሎች ምንጮች እንደ ዲዝል ጀነሬተሮች ወይም የንፋስ ተርባይኖች ካሉ ያጣምራሉ።

በኤሌክትሪክ የሚሰሩ ስርዓቶች፣ በተለምዶ ለፀሐይ ጣሪያዎች እና ለትላልቅ የኤሌክትሪክ ኃይል ማመንጫዎች ጥቅም ላይ የሚውሉ፣ የማከማቻ መሳሪያዎችን አያስፈልጋቸውም፣ ይህም ወጪዎችን ይቀንሳል። እነዚህ ስርዓቶች የፀሐይ ሞጁሎችን፣ ኢንቨርተሮችን፣ የስርጭት ስርዓቶችን፣ የመብረቅ መከላከያዎችን እና የክትትል ስርዓቶችን ያካትታሉ። በአሁኑ ጊዜ በኤሌክትሪክ የሚሰሩ ስርዓቶች ከሁሉም የፀሐይ አፕሊኬሽኖች ውስጥ 80% የሚሆኑትን ይይዛሉ።

ሌሎች የ PV ኃይል ማመንጫ ቴክኖሎጂዎች

ከፀሐይ ኃይል ማመንጫ ስርዓቶች በተጨማሪ የኢንቨርተር ቴክኖሎጂ፣ የፍርግርግ ውህደት፣ ማከማቻ እና ብልህ ክትትል ወሳኝ ናቸው፡

የፀሐይ ሴል የውጤት ኃይል እንደ የፀሐይ ጨረር መጠን ይለያያል፣ ይህም ያለማቋረጥ ይከሰታል። የትልቅ ደረጃ የፍርግርግ ውህደት ፍርግርግ ላይ ተጽዕኖ ሊያሳድር ይችላል፣ ይህም የፍርግርግ ቁጥጥር እና የደሴት ጥበቃ አስፈላጊ ያደርገዋል።
የፀሐይ ሞዱል ውፅዓት ቀጥተኛ ጅረት (ዲሲ) ሲሆን ከፍተኛ ጥራት ያለው ወደ ተለዋጭ ጅረት (ኤሲ) በኢንቨርተሮች በኩል መለወጥ ይፈልጋል።
የሞዱል የኃይል ውፅዓት እንደ የሙቀት መጠን እና ጥላ ባሉ ነገሮች፣ የስርዓት ክትትል እና የማንቂያ ስርዓቶችን በሚያስፈልጉ ነገሮች ሊጎዳ ይችላል።
የርቀት መቆጣጠሪያ ቴክኖሎጂ በሩቅ አካባቢዎች ላሉ የ PV የኃይል ማመንጫዎች በጣም አስፈላጊ ነው።
ቻይና በጥራት እና በመጠን ረገድ በፀሐይ ኃይል ማመንጫዎች (ሶላር ሞጁል) ምርት ግንባር ቀደም ነች። በኢንዱስትሪው ሰንሰለት ውስጥ ከፍተኛ ትርፍ የሚያስገኙ ዘርፎች የሲሊኮን ማጣሪያ፣ ኢንቨርተሮች፣ የክትትል ስርዓቶች እና የ PV መሳሪያዎች ማምረቻን ያካትታሉ። በእነዚህ ቁልፍ ዘርፎች እድገት ማምጣት ለቻይና የ PV ኢንዱስትሪ ፈታኝ ነው።

የፀሐይ ኃይል ማመንጫ የአሁኑ ሁኔታ እና የወደፊት ተስፋዎች