Texnoloji irəliləyişlər və sənayenin miqyaslanması ilə fotovoltaik (PV) enerji istehsalının dəyəri azalmağa davam edir və bu da onu gələcəkdə davamlı inkişaf üçün əsas enerji mənbəyi kimi təqdim edir.
Fotovoltaik Texnologiyanın Əsas Komponentləri
Fotovoltaik enerji istehsalı texnologiyasının əsas komponenti günəş fotovoltaik elementidir. Günəş fotovoltaik elementlərinin təkamülünü üç nəslə bölmək olar. Birinci nəsil silikon əsaslı günəş elementlərindən ibarətdir; ikinci nəsil nazik təbəqəli günəş elementlərini əhatə edir; üçüncü nəsil isə yüksək konsentrasiyalı fotovoltaik (HCPV) elementlər, üzvi günəş elementləri, elastik günəş elementləri və boya həssaslığı artırılmış günəş elementləri kimi yeni texnologiyalardan ibarətdir. Hazırda silikon əsaslı günəş elementləri bazarda üstünlük təşkil edir, nazik təbəqəli elementlər isə tədricən bazar payını qazanır. HCPV istisna olmaqla, üçüncü nəsil elementlərin əksəriyyəti hələ də tədqiqat mərhələsindədir.
Silikon Əsaslı Günəş Batareyaları
Silisium əsaslı günəş batareyaları arasında monokristal silisium texnologiyası ən yetkin texnologiyadır. Bu batareyaların səmərəliliyi və dəyəri əsasən külçə tökmə, lövhə dilimləmə, diffuziya, tekstura, ekran çapı və sinterləmə kimi mərhələləri əhatə edən istehsal prosesindən təsirlənir. Bu ənənəvi proses vasitəsilə istehsal olunan günəş batareyaları adətən 16-18% fotoelektrik çevrilmə səmərəliliyinə nail olur.
Monokristal silikon günəş batareyaları ən yüksək çevrilmə səmərəliliyinə malikdir, lakin eyni zamanda ən bahalıdır. Polikristal silikon günəş batareyaları kütləvi istehsal üçün uyğun olan böyük ölçülü kvadrat silikon külçələrini birbaşa istehsal etməklə yaxşı xərc azaltması təklif edir. Bu proses daha sadədir, enerjiyə qənaət edir, silikon materialına qənaət edir və daha aşağı material keyfiyyəti tələb edir.
Günəş batareyalarının maya dəyərinin azaldılmasına iki əsas strategiya vasitəsilə nail olmaq olar: material istehlakının azaldılması (məsələn, silikon lövhənin qalınlığının azaldılması) və çevrilmə səmərəliliyinin artırılması. Səmərəliliyi artırmaq üçün üsullara işığın udulmasını artırmaq (məsələn, səth teksturası, əks etdirməyən örtük, ön elektrod eninin azaldılması), fotogenerasiya olunmuş daşıyıcıların rekombinasiyasını azaltmaq (məsələn, emitter passivasiyası) və müqaviməti minimuma endirmək (məsələn, lokal aşqarlama, arxa səth sahəsi texnologiyası) daxildir.
Monokristal silikon günəş batareyaları üçün ən yüksək qeydə alınmış çevrilmə səmərəliliyi Yeni Cənubi Uels Universitetinin PERL strukturlu günəş batareyası ilə əldə edilən 24,7% -dir. Əsas texnoloji xüsusiyyətlərə səth rekombinasiyasını azaltmaq üçün silikon səthində aşağı fosfor aşqarlama konsentrasiyası, yaxşı ohmik kontaktlar yaratmaq üçün ön və arxa səth elektrodları altında yüksək konsentrasiyalı diffuziya və ön səth elektrodlarını daraltmaq, işığın udma sahəsini artırmaq üçün fotolitoqrafiyadan istifadə daxildir. Lakin, bu texnologiya hələ sənayeləşdirilməyib.
Səmərəliliyi artırmaq üçün digər üsullara BP Solar-ın səthi yivli teksturalı elementləri və arxa kontakt (EWT) texnologiyası daxildir. Birincisi, lazer yivləmə yolu ilə 18,3% səmərəlilik əldə edir ki, bu da ön elektrodların enini azaldır və işığın udulmasını artırır. İkincisi, ön elektrodları arxaya gətirərək işığı udma sahəsini artırmaqla 21,3% səmərəlilik əldə edir.
Nazik Filmli Günəş Batareyaları
Kristal silikon günəş batareyaları yüksək səmərəliliyinə görə üstünlük təşkil etsə də, silikon materialının yüksək qiyməti səbəbindən onların maya dəyərini əhəmiyyətli dərəcədə azaltmaq çətindir. Daha az material istifadə edən nazik təbəqəli günəş batareyaları səmərəli alternativ kimi ortaya çıxmışdır. Nazik təbəqəli batareyaların əsas növlərinə silikon əsaslı nazik təbəqəli batareyalar, kadmium tellurid (CdTe) batareyaları və mis indium qallium selenid (CIGS) batareyaları daxildir.
Silisium əsaslı nazik təbəqəli hüceyrələr cəmi 2 mikrometr qalınlığındadır və kristal silisium hüceyrələri üçün tələb olunan silisium materialının təxminən 1,5%-ni istifadə edir. PN qovşaqlarının sayından asılı olaraq, bu hüceyrələr tək qovşaqlı, iki qovşaqlı və ya çox qovşaqlı ola bilər və hər biri günəş işığının müxtəlif dalğa uzunluqlarını udmaq qabiliyyətinə malikdir. Tək qovşaqlı hüceyrələr üçün ən yüksək səmərəlilik təxminən 7%-dir, iki qovşaqlı hüceyrələr isə 10%-ə çata bilər.
CdTe nazik təbəqəli hüceyrələri yaxşı işığı udma xüsusiyyətlərinə görə daha yüksək səmərəlilik (12%-ə qədər) təklif edir. Lakin, kadmiumun kanserogen təbiəti və tellurun məhdud təbii ehtiyatları uzunmüddətli inkişaf problemləri yaradır.
CIGS nazik təbəqəli hüceyrələri yüksək səmərəli nazik təbəqə texnologiyasının gələcəyi hesab olunur. İstehsal prosesini tənzimləməklə onların işığın udulmasını yaxşılaşdırmaq olar və bu da daha yüksək konversiya səmərəliliyinə gətirib çıxarır. Hazırda laboratoriya səmərəliliyi 20,1%-ə çatır, kommersiya məhsulları isə 13-14%-ə çatır və bu da onları nazik təbəqəli hüceyrələr arasında ən səmərəli edir.
Üçüncü Nəsil Hüceyrələr
Nəzəri olaraq, üçüncü nəsil hüceyrələr yüksək konversiya səmərəliliyinə nail ola bilər. HCPV istisna olmaqla, əksəriyyəti hələ də tədqiqat mərhələsindədir. HCPV hüceyrələri adətən daha yüksək istilik müqavimətinə malik olan və yüksək işıqlandırma altında yüksək konversiya səmərəliliyini qoruyan III-V yarımkeçirici materiallardan istifadə edir. Çoxqovşaqlı strukturlar bu hüceyrələrin günəş spektri ilə yaxından uyğunlaşmasına imkan verir və nəzəri səmərəlilik 68%-ə qədərdir. Kommersiya istehsalı 40%-dən yuxarı səmərəliliyə nail ola bilər.
Günəş batareyaları modullara yerləşdirilir və onların tətbiqi onların xüsusiyyətlərindən və bazar tələblərindən asılıdır. İlkin tətbiqlərə rabitə baza stansiyaları və peyklər daxil idi, daha sonra isə günəş enerjisi ilə işləyən damlar kimi yaşayış sahələrinə də yayıldı. Bu ssenarilərdə məhdud quraşdırma sahələri və yüksək enerji sıxlığına ehtiyac kristal silikon modullara üstünlük verdi. Genişmiqyaslı günəş elektrik stansiyalarının və binaya inteqrasiya olunmuş fotovoltaiklərin (BIPV) inkişafı ilə xərc mülahizələri nazik təbəqəli batareya tətbiqlərinin artmasına səbəb oldu. Ətraf mühit və iqlim şəraiti də müxtəlif texnologiyaların tətbiqinə təsir göstərir.
Günəş Fotovoltaik Texnologiyasının Tətbiqləri
Günəş radiasiyasını istifadəyə yararlı elektrik enerjisinə çevirmək üçün tam günəş fotovoltaik sistemi tələb olunur. Günəş fotovoltaik hüceyrələri bu sistemin əsasını təşkil edir və buraya invertorlar, batareyalar, monitorinq sistemləri və paylama sistemləri də daxildir.
PV Sisteminin Təsnifatı və Tərkibi
Günəş enerjisi sistemləri şəbəkədən kənar və ya şəbəkəyə bağlı olaraq təsnif edilir. Şəbəkədən kənar sistemlər müstəqil və ya hibrid ola bilər.
Müstəqil sistemlər adətən ucqar ərazilərdə, rabitə baza stansiyalarında və günəş küçə işıqlarında istifadə olunur və tamamilə günəş enerjisinə əsaslanır. Bunlara günəş modulları, invertorlar, nəzarətçilər, batareyalar, paylama sistemləri və ildırımdan qorunma daxildir. Batareyalar və nəzarətçilər sistemin qiymətinə və ömrünə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Hibrid sistemlər günəş enerjisini dizel generatorları və ya külək turbinləri kimi digər mənbələrlə birləşdirir.
Günəş enerjisi ilə işləyən damlar və genişmiqyaslı fotovoltaik elektrik stansiyaları üçün geniş istifadə olunan şəbəkəyə bağlı sistemlər saxlama avadanlığı tələb etmir və bu da xərcləri azaldır. Bu sistemlərə günəş modulları, invertorlar, paylama sistemləri, ildırımdan qorunma və monitorinq sistemləri daxildir. Hazırda şəbəkəyə bağlı sistemlər bütün günəş enerjisi tətbiqlərinin 80%-ni təşkil edir.
Digər fotovoltaik enerji istehsalı texnologiyaları
Günəş enerjisi batareyası texnologiyasından əlavə, inverter texnologiyası, şəbəkə inteqrasiyası, saxlama və ağıllı monitorinq də günəş enerjisi istehsalı sistemləri üçün vacibdir:
Günəş batareyasının çıxış gücü günəş radiasiyasının intensivliyindən asılı olaraq dəyişir və bu da fasilələrə səbəb olur. Genişmiqyaslı şəbəkə inteqrasiyası şəbəkəyə təsir göstərə bilər və bu da şəbəkənin idarə olunmasını və adaların qorunmasını vacib edir.
Günəş modulunun çıxışı birbaşa cərəyandır (DC) və invertorlar vasitəsilə alternativ cərəyana (AC) yüksək keyfiyyətli çevrilmə tələb olunur.
Modulun güc çıxışına temperatur və kölgə kimi amillər təsir göstərə bilər ki, bu da sistem monitorinqi və siqnalizasiya sistemlərini tələb edir.
Uzaqdan idarəetmə texnologiyası ucqar ərazilərdəki fotovoltaik elektrik stansiyaları üçün vacibdir.
Çin keyfiyyət və miqyas baxımından günəş modulu istehsalında liderdir. Sənaye zəncirindəki yüksək gəlirli sahələrə silikon təmizlənməsi, invertorlar, monitorinq sistemləri və fotovoltaik avadanlıq istehsalı daxildir. Bu əsas sahələrdə irəliləyişlərə nail olmaq Çinin fotovoltaik sənayesi üçün çətin bir problemdir.
Günəş enerjisi ilə işləyən fotovoltaik enerji istehsalının hazırkı vəziyyəti və gələcək perspektivləri
Yüksək xərclər səbəbindən günəş enerjisi istehsalı ötən əsrin sonlarına qədər genişmiqyaslı inkişaf görməmişdir. 21-ci əsrə qədəm qoyan, səmərəliliyin artması və xərclərin sürətlə azalması ilə günəş enerjisi istehsalı sürətli artım göstərmiş və quraşdırılmış güc hər il artmışdır. Qlobal illik quraşdırılmış güc 2000-ci ildəki 1,4 GVt-dan 2009-cu ildə 22,8 GVt-a yüksəlmişdir. Almaniya, İtaliya və İspaniya kimi Avropa ölkələri əsas bazarlardır və Aİ 2020-ci ilə qədər günəş enerjisinin payını ümumi elektrik təchizatında 12%-ə çatdırmağı planlaşdırır. Çin və Hindistan kimi inkişaf etməkdə olan ölkələr də günəş enerjisi inkişaf planlarını başlatmışlar. Rabitə baza stansiyalarından, günəş damlarından və günəş enerjisi elektrik stansiyalarından başqa, günəş enerjisi istehsalı hazırda müxtəlif mobil cihazlarda geniş istifadə olunur.
Əlavə və alternativ enerji mənbəyi kimi günəş fotovoltaik texnologiyası sürətlə inkişaf edir və istehsal xərcləri azalır. Davam edən texnoloji irəliləyişlərlə günəş enerjisi təmiz və bərpa olunan bir mənbə kimi davamlı inkişaf üçün əsas enerji mənbəyinə çevrilməyə hazırdır.
