Datblygu Technoleg Ffotofoltäig Solar

Gyda datblygiadau technolegol a graddio diwydiant, mae cost cynhyrchu pŵer ffotofoltäig (PV) yn parhau i ostwng, gan ei osod fel ffynhonnell ynni ganolog ar gyfer datblygiad cynaliadwy yn y dyfodol.

Cydrannau Allweddol Technoleg Ffotofoltäig
Elfen graidd technoleg cynhyrchu pŵer PV yw'r gell PV solar. Gellir categoreiddio esblygiad celloedd PV solar yn dair cenhedlaeth. Mae'r genhedlaeth gyntaf yn cynnwys celloedd solar sy'n seiliedig ar silicon; mae'r ail genhedlaeth yn cynnwys celloedd solar ffilm denau; ac mae'r drydedd genhedlaeth yn cwmpasu technolegau newydd fel celloedd ffotofoltäig crynodiad uchel (HCPV), celloedd solar organig, celloedd solar hyblyg, a chelloedd solar wedi'u sensitifio i lifyn. Ar hyn o bryd, celloedd solar sy'n seiliedig ar silicon sy'n dominyddu'r farchnad, tra bod celloedd ffilm denau yn ennill cyfran o'r farchnad yn raddol. Mae'r rhan fwyaf o gelloedd trydydd cenhedlaeth, ac eithrio HCPV, yn dal i fod yn y cyfnod ymchwil.

Celloedd Solar wedi'u Seilio ar Silicon

Ymhlith celloedd solar sy'n seiliedig ar silicon, technoleg silicon monogrisialog yw'r mwyaf aeddfed. Mae effeithlonrwydd a chost y celloedd hyn yn cael eu dylanwadu'n bennaf gan y broses weithgynhyrchu, sy'n cynnwys camau fel castio ingotau, sleisio wafers, trylediad, gweadu, argraffu sgrin, a sinteru. Mae celloedd solar a gynhyrchir trwy'r broses gonfensiynol hon fel arfer yn cyflawni effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol o 16-18%.

Mae gan gelloedd solar silicon monocrystalline yr effeithlonrwydd trosi uchaf ond nhw hefyd yw'r rhai drutaf. Mae celloedd solar silicon polycrystalline yn cynnig gostyngiad cost da trwy gynhyrchu ingotau silicon sgwâr maint mawr yn uniongyrchol sy'n addas ar gyfer cynhyrchu màs. Mae'r broses hon yn symlach, yn arbed pŵer, yn cadw deunydd silicon, ac yn gofyn am ansawdd deunydd is.

Gellir lleihau cost celloedd solar drwy ddwy brif strategaeth: lleihau'r defnydd o ddeunyddiau (e.e. lleihau trwch wafer silicon) a chynyddu effeithlonrwydd trosi. Mae dulliau i wella effeithlonrwydd yn cynnwys cynyddu amsugno golau (e.e. gweadu arwyneb, cotio gwrth-adlewyrchol, lleihau lled yr electrod blaen), lleihau ailgyfuno cludwyr a gynhyrchir gan ffoto (e.e. goddefedd allyrrydd), a lleihau ymwrthedd (e.e. dopio lleol, technoleg maes arwyneb cefn).

Yr effeithlonrwydd trosi uchaf a gofnodwyd ar gyfer celloedd solar silicon monocrystalline yw 24.7%, a gyflawnwyd gan y gell solar strwythur PERL o Brifysgol De Cymru Newydd. Mae nodweddion technolegol allweddol yn cynnwys crynodiad dopio ffosfforws isel ar wyneb y silicon i leihau ailgyfuno arwyneb, trylediad crynodiad uchel o dan electrodau arwyneb blaen a chefn i ffurfio cysylltiadau ohmig da, a defnyddio ffotolithograffeg i gulhau electrodau arwyneb blaen, gan gynyddu'r ardal amsugno golau. Fodd bynnag, nid yw'r dechnoleg hon wedi'i diwydiannu eto.

Mae technegau eraill i wella effeithlonrwydd yn cynnwys celloedd gweadog rhigol arwyneb BP Solar a thechnoleg cyswllt cefn (EWT). Mae'r cyntaf yn cyflawni effeithlonrwydd o 18.3% trwy rigolio laser, sy'n lleihau lled yr electrodau blaen ac yn cynyddu amsugno golau. Mae'r olaf yn cyflawni effeithlonrwydd o 21.3% trwy ddod â'r electrodau blaen i'r cefn, gan gynyddu'r ardal sy'n amsugno golau.

Celloedd Solar Ffilm Denau

Er bod celloedd solar silicon crisialog yn dominyddu oherwydd eu heffeithlonrwydd uchel, mae lleihau eu cost yn sylweddol yn heriol oherwydd pris uchel deunydd silicon. Mae celloedd solar ffilm denau, sy'n defnyddio llai o ddeunydd, wedi dod i'r amlwg fel dewis arall cost-effeithiol. Mae'r prif fathau o gelloedd ffilm denau yn cynnwys celloedd ffilm denau sy'n seiliedig ar silicon, celloedd telwrid cadmiwm (CdTe), a chelloedd selenid copr indiwm galliwm (CIGS).

Dim ond 2 ficrometr o drwch yw celloedd ffilm denau wedi'u seilio ar silicon, gan ddefnyddio tua 1.5% o'r deunydd silicon sydd ei angen ar gyfer celloedd silicon crisialog. Yn dibynnu ar nifer y cyffyrdd PN, gall y celloedd hyn fod yn gyffordd sengl, cyffordd ddwbl, neu gyffordd aml, pob un yn gallu amsugno gwahanol donfeddi o olau haul. Yr effeithlonrwydd uchaf ar gyfer celloedd cyffordd sengl yw tua 7%, tra gall celloedd cyffordd ddwbl gyrraedd 10%.

Mae celloedd ffilm denau CdTe yn cynnig effeithlonrwydd uwch (hyd at 12%) oherwydd eu priodweddau amsugno golau da. Fodd bynnag, mae natur garsinogenig cadmiwm a'r cronfeydd naturiol cyfyngedig o telwriwm yn peri heriau datblygu hirdymor.

Ystyrir celloedd ffilm denau CIGS yn ddyfodol technoleg ffilm denau effeithlonrwydd uchel. Drwy addasu'r broses weithgynhyrchu, gellir gwella eu hamsugniad golau, gan arwain at effeithlonrwydd trosi uwch. Ar hyn o bryd, mae effeithlonrwydd labordy yn cyrraedd 20.1%, tra bod cynhyrchion masnachol yn cyflawni 13-14%, gan eu gwneud y mwyaf effeithlon ymhlith celloedd ffilm denau.

Celloedd Trydydd Genhedlaeth

Yn ddamcaniaethol, gall celloedd trydydd cenhedlaeth gyflawni effeithlonrwydd trosi uchel. Ac eithrio HCPV, mae'r rhan fwyaf yn dal i fod yn y cyfnod ymchwil. Mae celloedd HCPV fel arfer yn defnyddio deunyddiau lled-ddargludyddion III-V, sydd â gwrthiant gwres uwch ac yn cynnal effeithlonrwydd trosi uchel o dan oleuadau uchel. Mae strwythurau aml-gyffordd yn caniatáu i'r celloedd hyn gydweddu'n agos â'r sbectrwm solar, gydag effeithlonrwydd damcaniaethol hyd at 68%. Gall cynhyrchu masnachol gyflawni effeithlonrwydd uwchlaw 40%.

Mae celloedd solar wedi'u capsiwleiddio i fodiwlau, ac mae eu cymwysiadau'n dibynnu ar eu nodweddion a gofynion y farchnad. Roedd cymwysiadau cynnar yn cynnwys gorsafoedd cyfathrebu a lloerennau, gan ehangu'n ddiweddarach i ardaloedd preswyl fel toeau solar. Yn y senarios hyn, roedd ardaloedd gosod cyfyngedig ac anghenion dwysedd ynni uchel yn ffafrio modiwlau silicon crisialog. Gyda datblygiad gorsafoedd pŵer solar ar raddfa fawr a ffotofoltäig integredig adeiladau (BIPV), mae ystyriaethau cost wedi arwain at fwy o gymwysiadau celloedd ffilm denau. Mae amodau amgylcheddol a hinsoddol hefyd yn dylanwadu ar fabwysiadu gwahanol dechnolegau.

Cymwysiadau Technoleg Ffotofoltäig Solar

Mae trosi ymbelydredd solar yn drydan defnyddiadwy yn gofyn am system ffotofoltäig solar gyflawn. Mae celloedd ffotofoltäig solar yn ffurfio sylfaen y system hon, sydd hefyd yn cynnwys gwrthdroyddion, batris, systemau monitro, a systemau dosbarthu.

Dosbarthiad a Chyfansoddiad System PV

Caiff systemau ffotofoltäig solar eu dosbarthu fel systemau oddi ar y grid neu systemau sydd wedi'u clymu i'r grid. Gall systemau oddi ar y grid fod yn annibynnol neu'n hybrid.

Defnyddir systemau annibynnol fel arfer mewn ardaloedd anghysbell, gorsafoedd cyfathrebu, a goleuadau stryd solar, gan ddibynnu'n llwyr ar ynni'r haul. Maent yn cynnwys modiwlau solar, gwrthdroyddion, rheolyddion, batris, systemau dosbarthu, ac amddiffyniad rhag mellt. Mae batris a rheolyddion yn effeithio'n sylweddol ar gost a hyd oes y system. Mae systemau hybrid yn cyfuno ynni'r haul â ffynonellau eraill fel generaduron diesel neu dyrbinau gwynt.

Nid oes angen offer storio ar systemau sy'n gysylltiedig â'r grid, a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer toeau solar a gweithfeydd pŵer ffotofoltäig ar raddfa fawr, gan leihau costau. Mae'r systemau hyn yn cynnwys modiwlau solar, gwrthdroyddion, systemau dosbarthu, amddiffyniad rhag mellt, a systemau monitro. Ar hyn o bryd, mae systemau sy'n gysylltiedig â'r grid yn cyfrif am 80% o'r holl gymwysiadau solar.

Technolegau Cynhyrchu Pŵer PV Eraill

Ar wahân i dechnoleg celloedd ffotofoltäig solar, mae technoleg gwrthdroyddion, integreiddio grid, storio a monitro deallus yn hanfodol ar gyfer systemau cynhyrchu pŵer ffotofoltäig:

Mae pŵer allbwn celloedd solar yn amrywio gyda dwyster ymbelydredd solar, gan achosi ysbeidiolrwydd. Gall integreiddio grid ar raddfa fawr effeithio ar y grid, gan wneud rheoli grid ac amddiffyn rhag ynysu yn hanfodol.
Allbwn modiwl solar yw cerrynt uniongyrchol (DC), sy'n gofyn am drawsnewid o ansawdd uchel i gerrynt eiledol (AC) trwy wrthdroyddion.
Gall ffactorau fel tymheredd a chysgodi effeithio ar allbwn pŵer y modiwl, gan olygu bod angen monitro'r system a systemau larwm.
Mae technoleg rheoli o bell yn hanfodol ar gyfer gorsafoedd pŵer ffotofoltäig mewn ardaloedd anghysbell.
Mae Tsieina ar y blaen o ran cynhyrchu modiwlau solar o ran ansawdd a graddfa. Mae meysydd elw uchel o fewn y gadwyn ddiwydiannol yn cynnwys puro silicon, gwrthdroyddion, systemau monitro, a gweithgynhyrchu offer PV. Mae cyflawni datblygiadau arloesol yn y meysydd allweddol hyn yn her i ddiwydiant PV Tsieina.

Statws Cyfredol a Rhagolygon y Dyfodol ar gyfer Cynhyrchu Ynni Solar PV