Sviluppu di a tecnulugia fotovoltaica solare

Cù i progressi tecnologichi è a scalabilità di l'industria, u costu di a generazione di energia fotovoltaica (PV) cuntinueghja à diminuisce, pusiziunendula cum'è una fonte d'energia pivotale per u sviluppu sustenibile in u futuru.

Cumponenti chjave di a tecnulugia fotovoltaica
U cumpunente principale di a tecnulugia di generazione di energia fotovoltaica hè a cellula solare fotovoltaica. L'evoluzione di e cellule solare fotovoltaiche pò esse classificata in trè generazioni. A prima generazione hè custituita da cellule solari à basa di siliciu; a seconda generazione include cellule solari à film sottile; è a terza generazione include nuove tecnulugie cum'è e cellule fotovoltaiche à alta concentrazione (HCPV), e cellule solari organiche, e cellule solari flessibili è e cellule solari sensibilizzate à i coloranti. Attualmente, e cellule solari à basa di siliciu dominanu u mercatu, mentre chì e cellule à film sottile stanu gradualmente guadagnendu quote di mercatu. A maiò parte di e cellule di terza generazione, eccettu per HCPV, sò sempre in fase di ricerca.

Celle solari à basa di siliciu

Trà e cellule solari à basa di siliciu, a tecnulugia di u siliciu monocristallinu hè a più matura. L'efficienza è u costu di ste cellule sò principalmente influenzati da u prucessu di fabricazione, chì include tappe cum'è a fusione di lingotti, u tagliu di wafer, a diffusione, a testurizazione, a serigrafia è a sinterizazione. E cellule solari prodotte per mezu di stu prucessu cunvinziunale ottenenu tipicamente una efficienza di cunversione fotoelettrica di 16-18%.

E cellule solari in siliciu monocristallinu anu a più alta efficienza di cunversione, ma sò ancu e più care. E cellule solari in siliciu policristallinu offrenu una bona riduzione di i costi fabbricendu direttamente lingotti di siliciu quadrati di grande dimensione adatti per a pruduzzione di massa. Stu prucessu hè più simplice, risparmia energia, cunserva u materiale di siliciu è richiede una qualità di materiale più bassa.

A riduzione di u costu di e cellule solari pò esse ottenuta per mezu di duie strategie principali: diminuisce u cunsumu di materiale (per esempiu, riducendu u spessore di e wafer di siliciu) è aumentendu l'efficienza di cunversione. I metudi per migliurà l'efficienza includenu l'aumentu di l'assorbimentu di a luce (per esempiu, testurizazione di a superficia, rivestimentu antiriflessu, riduzione di a larghezza di l'elettrodu frontale), a riduzione di a ricombinazione di i portatori fotogenerati (per esempiu, passivazione di l'emettitore) è a minimizazione di a resistenza (per esempiu, doping lucalizatu, tecnulugia di campu di superficia posteriore).

L'efficienza di cunversione più alta registrata per e cellule solare di siliciu monocristallinu hè di 24,7%, ottenuta da a cellula solare di struttura PERL di l'Università di New South Wales. E caratteristiche tecnologiche chjave includenu una bassa concentrazione di doping di fosforu nantu à a superficia di siliciu per riduce a ricombinazione superficiale, una diffusione ad alta concentrazione sottu à l'elettrodi di a superficia anteriore è posteriore per furmà boni cuntatti ohmici, è l'usu di a fotolitografia per restringhje l'elettrodi di a superficia anteriore, aumentendu l'area di assorbimentu di a luce. Tuttavia, sta tecnulugia ùn hè ancu stata industrializzata.

Altre tecniche per migliurà l'efficienza includenu e cellule testurizate cù scanalature superficiali di BP Solar è a tecnulugia di cuntattu posteriore (EWT). A prima ottiene un'efficienza di 18,3% per via di a scanalatura laser, chì riduce a larghezza di l'elettrodi frontali è aumenta l'assorbimentu di a luce. A seconda ottiene un'efficienza di 21,3% purtendu l'elettrodi frontali in daretu, aumentendu l'area di assorbimentu di a luce.

Celle solari à film sottile

Mentre chì e cellule solari di siliciu cristallinu duminanu per via di a so alta efficienza, riduce significativamente u so costu hè difficiule per via di l'altu prezzu di u materiale di siliciu. E cellule solari à film sottile, chì utilizanu menu materiale, sò emerse cum'è una alternativa à bon pattu. I principali tipi di cellule à film sottile includenu cellule à film sottile à basa di siliciu, cellule di tellururo di cadmiu (CdTe) è cellule di seleniuro di rame, indiu, galliu (CIGS).

E cellule à film sottile à basa di siliciu sò solu 2 micrometri di spessore, aduprendu circa 1,5% di u materiale di siliciu necessariu per e cellule di siliciu cristallinu. Sicondu u numeru di giunzioni PN, queste cellule ponu esse à giunzione unica, à doppia giunzione o à multi-giunzione, ognuna capace di assorbe diverse lunghezze d'onda di a luce solare. L'efficienza più alta per e cellule à giunzione unica hè intornu à u 7%, mentre chì e cellule à doppia giunzione ponu ghjunghje à u 10%.

E cellule à film sottile di CdTe offrenu una maggiore efficienza (finu à u 12%) per via di e so bone proprietà di assorbimentu di a luce. Tuttavia, a natura cancerogena di u cadmiu è e riserve naturali limitate di telluriu ponenu sfide di sviluppu à longu andà.

E cellule à film sottile CIGS sò cunsiderate u futuru di a tecnulugia di film sottile à alta efficienza. Aghjustendu u prucessu di fabricazione, a so assorbimentu di luce pò esse migliurata, purtendu à efficienze di cunversione più elevate. Attualmente, l'efficienze di laburatoriu righjunghjenu u 20,1%, mentre chì i prudutti cummerciali righjunghjenu u 13-14%, ciò chì li rende i più efficienti trà e cellule à film sottile.

Cellule di terza generazione

Teoricamente, e cellule di terza generazione ponu ottene alte efficienze di cunversione. Eccettu per HCPV, a maiò parte sò sempre in fase di ricerca. E cellule HCPV utilizanu tipicamente materiali semiconduttori III-V, chì anu una resistenza à u calore più elevata è mantenenu una alta efficienza di cunversione sottu alta illuminazione. E strutture multi-giunzione permettenu à queste cellule di currisponde strettamente à u spettru solare, cù efficienze teoriche finu à u 68%. A pruduzzione cummerciale pò ottene efficienze superiori à u 40%.

E cellule solare sò incapsulate in moduli, è e so applicazioni dipendenu da e so caratteristiche è da e richieste di u mercatu. L'applicazioni iniziali includenu stazioni base di cumunicazione è satelliti, chì si sò poi espanse in zone residenziali cum'è i tetti solari. In questi scenarii, e zone d'installazione limitate è i bisogni di alta densità energetica anu favuritu i moduli di siliciu cristallinu. Cù u sviluppu di centrali solari à grande scala è di fotovoltaichi integrati in edifici (BIPV), e cunsiderazioni di costi anu purtatu à un aumentu di l'applicazioni di cellule à film sottile. E cundizioni ambientali è climatiche influenzanu ancu l'adozione di diverse tecnulugie.

Applicazioni di a tecnulugia fotovoltaica solare

A cunversione di a radiazione solare in elettricità utilizabile richiede un sistema fotovoltaicu solare cumpletu. E cellule fotovoltaiche solari formanu a basa di stu sistema, chì include ancu inverter, batterie, sistemi di monitoraghju è sistemi di distribuzione.

Classificazione è cumpusizione di u sistema fotovoltaicu

I sistemi fotovoltaici solari sò classificati cum'è fora di a rete o cunnessi à a rete. I sistemi fora di a rete ponu esse autonomi o ibridi.

I sistemi autonomi sò tipicamente usati in zone remote, stazioni base di cumunicazione è lampioni solari, chì si basanu interamente nantu à l'energia solare. Includenu moduli solari, inverter, controller, batterie, sistemi di distribuzione è prutezzione contr'à i fulmini. E batterie è i controller anu un impattu significativu nantu à u costu è a durata di vita di u sistema. I sistemi ibridi combinanu l'energia solare cù altre fonti cum'è generatori diesel o turbine eoliche.

I sistemi cunnessi à a rete, cumunimenti usati per i tetti solari è e centrale fotovoltaiche à grande scala, ùn necessitanu micca apparecchiature di almacenamiento, riducendu i costi. Questi sistemi includenu moduli solari, inverter, sistemi di distribuzione, prutezzione contr'à i fulmini è sistemi di monitoraghju. Attualmente, i sistemi cunnessi à a rete rapprisentanu l'80% di tutte l'applicazioni solari.

Altre tecnulugie di generazione di energia fotovoltaica

Oltre à a tecnulugia di e cellule fotovoltaiche solari, a tecnulugia di l'inverter, l'integrazione di a rete, u almacenamentu è u monitoraghju intelligente sò cruciali per i sistemi di generazione di energia fotovoltaica:

A putenza di pruduzzione di e cellule solari varieghja secondu l'intensità di a radiazione solare, pruvucendu intermittenza. L'integrazione di a rete à grande scala pò influenzà a rete, rendendu essenziale u cuntrollu di a rete è a prutezzione di l'isulamentu.
L'uscita di u modulu solare hè in corrente continua (DC), ciò chì richiede una cunversione di alta qualità in corrente alternata (AC) via inverter.
A putenza di u modulu pò esse influenzata da fattori cum'è a temperatura è l'ombreggiatura, ciò chì richiede u monitoraghju di u sistema è i sistemi d'allarme.
A tecnulugia di cuntrollu remotu hè vitale per e centrale fotovoltaiche in zone remote.
A Cina hè à a testa di a pruduzzione di moduli solari in termini di qualità è scala. I settori à altu prufittu in a catena industriale includenu a purificazione di u siliciu, l'inverter, i sistemi di monitoraghju è a fabricazione di apparecchiature fotovoltaiche. Raggiungere scoperte in questi settori chjave hè una sfida per l'industria fotovoltaica cinese.

Statu attuale è prospettive future di a generazione di energia solare fotovoltaica