Disvolviĝo de Suna Fotovoltaika Teknologio

Kun teknologiaj progresoj kaj industria skalado, la kosto de fotovoltaeca (PV) elektrogenerado daŭre malpliiĝas, poziciigante ĝin kiel pivotan energifonton por daŭripova disvolviĝo en la estonteco.

Ŝlosilaj Komponantoj de Fotovoltaika Teknologio
La kerna komponanto de FV-energiogenerada teknologio estas la suna FV-ĉelo. La evoluo de sunaj FV-ĉeloj povas esti kategoriigita en tri generaciojn. La unua generacio konsistas el silicio-bazitaj sunĉeloj; la dua generacio inkluzivas maldikfilmajn sunĉelojn; kaj la tria generacio ampleksas novajn teknologiojn kiel alt-koncentriĝajn fotovoltaecajn (HCPV) ĉelojn, organikajn sunĉelojn, flekseblajn sunĉelojn kaj tinktur-sensivigitajn sunĉelojn. Nuntempe, silicio-bazitaj sunĉeloj dominas la merkaton, dum maldikfilmaj ĉeloj iom post iom gajnas merkatparton. La plej multaj triageneraciaj ĉeloj, krom HCPV, estas ankoraŭ en la esplora fazo.

Silicio-bazitaj sunĉeloj

Inter siliciaj sunĉeloj, la monokristala silicia teknologio estas la plej matura. La efikeco kaj kosto de ĉi tiuj ĉeloj estas ĉefe influitaj de la fabrikada procezo, kiu inkluzivas paŝojn kiel ekzemple orbrikogisado, silktranĉado de obletoj, difuzo, teksturigado, ekranpresado kaj sintrado. Sunĉeloj produktitaj per ĉi tiu konvencia procezo tipe atingas fotoelektran konvertan efikecon de 16-18%.

Sunĉeloj el monokristalaj siliciaj sistemoj havas la plej altan konvertan efikecon, sed ankaŭ estas la plej multekostaj. Polikristalaj siliciaj sistemoj ofertas bonan kostredukton per rekta fabrikado de grand-grandaj kvadrataj siliciaj orbrikoj taŭgaj por amasproduktado. Ĉi tiu procezo estas pli simpla, ŝparas energion, konservas silician materialon, kaj postulas pli malaltan materialkvaliton.

Redukti la koston de sunĉeloj povas esti atingita per du ĉefaj strategioj: malpliigi materialan konsumon (ekz., redukti la dikecon de siliciaj siliciaj oblikvetoj) kaj pliigi la konvertan efikecon. Metodoj por plibonigi la efikecon inkluzivas pliigi la lumsorbadon (ekz., surfaca teksturigado, kontraŭreflekta tegaĵo, redukti la larĝon de la antaŭa elektrodo), redukti la rekombinadon de fotogeneritaj portantoj (ekz., emitora pasivigo), kaj minimumigi la reziston (ekz., lokigita dopado, malantaŭa surfaca kampa teknologio).

La plej alta registrita konverta efikeco por monokristalaj siliciaj sunĉeloj estas 24.7%, atingita per la sunĉelo kun PERL-strukturo de la Universitato de Novsudkimrio. Ŝlosilaj teknologiaj trajtoj inkluzivas malaltan koncentriĝon de fosfora dopado sur la silicia surfaco por redukti surfacan rekombinadon, alt-koncentriĝan difuzon sub antaŭaj kaj malantaŭaj surfacaj elektrodoj por formi bonajn ohmajn kontaktojn, kaj la uzon de fotolitografio por mallarĝigi la antaŭajn surfacajn elektrodojn, pliigante la lum-absorban areon. Tamen, ĉi tiu teknologio ankoraŭ ne estas industriigita.

Aliaj teknikoj por plibonigi efikecon inkluzivas la surfaco-kanelitajn teksturitajn ĉelojn kaj malantaŭan kontakton (EWT) de BP Solar. La unua atingas efikecon de 18.3% per lasera kanelado, kiu reduktas la larĝon de la antaŭaj elektrodoj kaj pliigas lum-absorbon. La dua atingas efikecon de 21.3% alportante la antaŭajn elektrodojn al la malantaŭo, pliigante la lum-absorban areon.

Maldikfilmaj Sunĉeloj

Kvankam kristalaj siliciaj sunĉeloj dominas pro sia alta efikeco, signife redukti ilian koston estas defio pro la alta prezo de silicia materialo. Maldikfilmaj sunĉeloj, kiuj uzas malpli da materialo, aperis kiel kostefika alternativo. La ĉefaj tipoj de maldikfilmaj ĉeloj inkluzivas silici-bazitajn maldikfilmajn ĉelojn, kadmi-teluridajn (CdTe) ĉelojn, kaj kupro-indiajn galium-selenidajn (CIGS) ĉelojn.

Silicio-bazitaj maldikfilmaj ĉeloj estas nur 2 mikrometrojn dikaj, uzante ĉirkaŭ 1.5% de la silicia materialo bezonata por kristalaj siliciaj ĉeloj. Depende de la nombro de PN-krucvojoj, ĉi tiuj ĉeloj povas esti unu-krucvojaj, duobl-krucvojaj aŭ plur-krucvojaj, ĉiu kapabla absorbi malsamajn ondolongojn de sunlumo. La plej alta efikeco por unu-krucvojaj ĉeloj estas ĉirkaŭ 7%, dum duobl-krucvojaj ĉeloj povas atingi 10%.

Maldikfilmaj ĉeloj de CdTe ofertas pli altan efikecon (ĝis 12%) pro siaj bonaj lum-absorbaj ecoj. Tamen, la kancerogena naturo de kadmio kaj la limigitaj naturaj rezervoj de teluro prezentas longdaŭrajn evoluigajn defiojn.

CIGS-maldikfilmaj ĉeloj estas konsiderataj la estonteco de alt-efikeca maldikfilma teknologio. Per adaptado de la fabrikada procezo, ilia lum-absorbo povas esti plibonigita, kondukante al pli altaj konvertaj efikecoj. Nuntempe, laboratoriaj efikecoj atingas 20.1%, dum komercaj produktoj atingas 13-14%, igante ilin la plej efikaj inter maldikfilmaj ĉeloj.

Triageneraciaj ĉeloj

Teorie, triageneraciaj ĉeloj povas atingi altajn konvertajn efikecojn. Krom HCPV, la plej multaj estas ankoraŭ en la esplora stadio. HCPV-ĉeloj tipe uzas III-V duonkonduktaĵajn materialojn, kiuj havas pli altan varmoreziston kaj konservas altan konvertan efikecon sub alta lumigo. Mult-krucvojaj strukturoj permesas al ĉi tiuj ĉeloj proksime kongrui kun la suna spektro, kun teoriaj efikecoj ĝis 68%. Komerca produktado povas atingi efikecojn super 40%.

Sunĉeloj estas enkapsuligitaj en modulojn, kaj iliaj aplikoj dependas de iliaj karakterizaĵoj kaj merkataj postuloj. Fruaj aplikoj inkluzivis komunikadajn bazstaciojn kaj satelitojn, poste disetendiĝante al loĝkvartaloj kiel sunaj tegmentoj. En ĉi tiuj scenaroj, limigitaj instalaj areoj kaj altaj energidensaj bezonoj favoris kristalajn siliciajn modulojn. Kun la disvolviĝo de grandskalaj sunenergicentraloj kaj konstruaĵ-integra fotovoltaiko (BIPV), kostaj konsideroj kondukis al pliigitaj aplikoj de maldikfilmaj ĉeloj. Mediaj kaj klimataj kondiĉoj ankaŭ influas la adopton de malsamaj teknologioj.

Aplikoj de Suna Fotovoltaeca Teknologio

Konverti sunan radiadon en uzeblan elektron postulas kompletan sunan FV-sistemon. Sunaj FV-ĉeloj formas la fundamenton de ĉi tiu sistemo, kiu ankaŭ inkluzivas invetilon, bateriojn, monitoradsistemojn kaj distribusistemojn.

Klasifiko kaj Komponado de PV-Sistemoj

Sunaj fotovoltaikaj sistemoj estas klasifikitaj kiel aŭ eksterretaj aŭ al reto konektitaj. Eksterretaj sistemoj povas esti memstaraj aŭ hibridaj.

Memstaraj sistemoj estas tipe uzataj en malproksimaj areoj, komunikadaj bazstacioj kaj sunaj stratlanternoj, tute dependante de suna energio. Ili inkluzivas sunajn modulojn, invetilon, regilojn, bateriojn, distribuosistemojn kaj fulmoprotekton. Baterioj kaj regiloj signife influas la koston kaj vivdaŭron de la sistemo. Hibridaj sistemoj kombinas sunan energion kun aliaj fontoj kiel dizelaj generatoroj aŭ ventoturbinoj.

Retkonektitaj sistemoj, ofte uzataj por sunaj tegmentoj kaj grandskalaj FV-elektrocentraloj, ne bezonas stokadekipaĵon, reduktante kostojn. Ĉi tiuj sistemoj inkluzivas sunajn modulojn, invetilon, distribusistemojn, fulmoprotekton kaj monitoradsistemojn. Nuntempe, retkonektitaj sistemoj konsistigas 80% de ĉiuj sunaj aplikoj.

Aliaj PV-energiogeneradaj teknologioj

Krom suna FV-ĉela teknologio, invetila teknologio, reto-integriĝo, stokado kaj inteligenta monitorado estas esencaj por FV-elektrogeneraj sistemoj:

La elira potenco de sunĉeloj varias laŭ la intenseco de suna radiado, kaŭzante intermitecon. Grandskala integriĝo en la reto povas influi la reton, igante la kontrolon de la reto kaj protekton kontraŭ insulado esencaj.
La eligo de suna modulo estas kontinua kurento (DC), postulante altkvalitan konverton al alterna kurento (AC) per invetiloj.
La modula potenco povas esti influita de faktoroj kiel temperaturo kaj ombrado, necesigante sistemmonitoradon kaj alarmsistemojn.
Teleregilteknologio estas esenca por FV-elektrocentraloj en malproksimaj regionoj.
Ĉinio gvidas en la produktado de sunaj moduloj laŭ kvalito kaj skalo. Alt-profitaj areoj ene de la industria ĉeno inkluzivas silician purigon, invetilon, monitoradsistemojn kaj fabrikadon de fotovoltaikaj ekipaĵoj. Atingi sukcesojn en ĉi tiuj ŝlosilaj areoj estas defio por la ĉina fotovoltaika industrio.

Aktuala Stato kaj Estontaj Perspektivoj de Suna FV-Energio-Generado