Aurrerapen teknologikoekin eta industriaren eskalatzearekin, energia fotovoltaikoaren (PV) sorkuntzaren kostua jaisten jarraitzen du, etorkizunean garapen iraunkorrerako energia-iturri funtsezko gisa kokatuz.
Teknologia Fotovoltaikoaren Osagai Nagusiak
Energia fotovoltaikoaren sorkuntza teknologiaren osagai nagusia eguzki-zelula fotovoltaikoa da. Eguzki-zelula fotovoltaikoen bilakaera hiru belaunalditan sailka daiteke. Lehenengo belaunaldia siliziozko eguzki-zelulek osatzen dute; bigarren belaunaldiak film meheko eguzki-zelulak ditu; eta hirugarren belaunaldiak teknologia berriak hartzen ditu barne, hala nola kontzentrazio handiko fotovoltaiko (HCPV) zelulak, eguzki-zelula organikoak, eguzki-zelula malguak eta koloratzaile bidezko eguzki-zelula sentsibilizatzaileak. Gaur egun, siliziozko eguzki-zelulek menderatzen dute merkatua, eta film meheko zelulek, berriz, pixkanaka merkatu-kuota irabazten ari dira. Hirugarren belaunaldiko zelula gehienak, HCPV izan ezik, ikerketa-fasean daude oraindik.
Siliziozko eguzki-zelulak
Silizioan oinarritutako eguzki-zelulen artean, silizio monokristalinoaren teknologia da helduena. Zelula hauen eraginkortasuna eta kostua fabrikazio-prozesuak eragiten ditu batez ere, eta horrek lingote-galdaketa, oblea-xerratzea, difusioa, testuratzea, serigrafia eta sinterizazioa bezalako urratsak barne hartzen ditu. Prozesu konbentzional honen bidez ekoitzitako eguzki-zelulek normalean % 16-18ko bihurketa fotoelektrikoaren eraginkortasuna lortzen dute.
Silizio monokristalinozko eguzki-zelulek dute bihurketa-eraginkortasun handiena, baina baita garestienak ere. Silizio polikristalinozko eguzki-zelulek kostuen murrizketa ona eskaintzen dute, ekoizpen masiborako egokiak diren siliziozko lingote karratu handiak zuzenean fabrikatuz. Prozesu hau errazagoa da, energia aurrezten du, siliziozko materiala kontserbatzen du eta materialaren kalitate txikiagoa behar du.
Eguzki-zelulen kostua murriztea bi estrategia nagusiren bidez lor daiteke: materialen kontsumoa gutxitzea (adibidez, siliziozko oblearen lodiera murriztea) eta bihurketa-eraginkortasuna handitzea. Eraginkortasuna hobetzeko metodoen artean daude argiaren xurgapena handitzea (adibidez, gainazalaren testuratzea, islatzearen aurkako estaldura, aurreko elektrodoaren zabalera murriztea), fotosortutako eramaileen birkonbinazioa murriztea (adibidez, igorlearen pasibazioa) eta erresistentzia minimizatzea (adibidez, dopaketa lokalizatua, atzeko gainazaleko eremuaren teknologia).
Silizio monokristalinozko eguzki-zelulen bihurketa-eraginkortasun erregistratu handiena % 24,7koa da, Gales Berriko Unibertsitateko PERL egiturako eguzki-zelulak lortua. Ezaugarri teknologiko nagusien artean daude silizio-gainazalean fosforo-dopaketa kontzentrazio baxua gainazaleko birkonbinazioa murrizteko, aurreko eta atzeko gainazaleko elektrodoen azpian kontzentrazio handiko difusioa kontaktu ohmiko onak eratzeko, eta fotolitografiaren erabilera aurreko gainazaleko elektrodoak estutzeko, argiaren xurgapen-eremua handituz. Hala ere, teknologia hau oraindik ez da industrializatu.
Eraginkortasuna hobetzeko beste teknika batzuk BP Solarren gainazaleko ildaska testurizatudun zelulak eta atzeko kontaktuko (EWT) teknologia dira. Lehenengoak % 18,3ko eraginkortasuna lortzen du laser bidezko ildaskaren bidez, eta horrek aurrealdeko elektrodoen zabalera murrizten du eta argiaren xurgapena handitzen du. Bigarrenak % 21,3ko eraginkortasuna lortzen du aurrealdeko elektrodoak atzealdera eramanez, argiaren xurgapen-eremua handituz.
Film meheko eguzki-zelulak
Silizio kristalinoko eguzki-zelulak nagusi diren arren eraginkortasun handiagatik, haien kostua nabarmen murriztea erronka bat da silizio materialaren prezio altua dela eta. Material gutxiago erabiltzen duten geruza meheko eguzki-zelulak alternatiba kostu-eraginkor gisa agertu dira. Geruza meheko zelula mota nagusiak siliziozko geruza meheko zelulak, kadmio telururozko (CdTe) zelulak eta kobrezko indio galio selenurozko (CIGS) zelulak dira.
Siliziozko film meheko zelulek 2 mikrometroko lodiera baino ez dute, silizio kristalinozko zelulek behar duten silizio materialaren % 1,5 inguru erabiliz. PN lotura kopuruaren arabera, zelula hauek lotura bakarrekoak, lotura bikoitzekoak edo lotura anitzekoak izan daitezke, bakoitza eguzki-argiaren uhin-luzera desberdinak xurgatzeko gai dena. Lotura bakarreko zelulen eraginkortasun handiena % 7 ingurukoa da, lotura bikoitzeko zelulek, berriz, % 10era irits daitezke.
CdTe geruza meheko zelulek eraginkortasun handiagoa eskaintzen dute (% 12ra arte) argia xurgatzeko propietate onak dituztelako. Hala ere, kadmioaren izaera kartzinogenikoak eta telurioaren erreserba natural mugatuak epe luzerako garapen erronkak sortzen dituzte.
CIGS film meheko zelulak eraginkortasun handiko film meheko teknologiaren etorkizuntzat hartzen dira. Fabrikazio-prozesua doituz, haien argi-xurgapena hobetu daiteke, eta horrek bihurketa-eraginkortasun handiagoak lortzen ditu. Gaur egun, laborategiko eraginkortasunak % 20,1era iristen dira, eta produktu komertzialek % 13-14ra, eta horrek film meheko zelulen artean eraginkorrenak bihurtzen ditu.
Hirugarren Belaunaldiko Zelulak
Teorian, hirugarren belaunaldiko zelulek bihurketa-eraginkortasun handia lor dezakete. HCPV izan ezik, gehienak ikerketa-fasean daude oraindik. HCPV zelulek III-V erdieroale materialak erabiltzen dituzte normalean, beroarekiko erresistentzia handiagoa dutenak eta bihurketa-eraginkortasun handia mantentzen dutenak argiztapen handiko pean. Juntura anitzeko egiturek zelula hauei eguzki-espektroarekin bat etortzea ahalbidetzen diete, % 68ra arteko eraginkortasun teorikoekin. Ekoizpen komertzialak % 40tik gorako eraginkortasunak lor ditzake.
Eguzki-zelulak moduluetan kapsulatzen dira, eta haien aplikazioak haien ezaugarrien eta merkatuaren eskaeren araberakoak dira. Hasierako aplikazioen artean komunikazio-oinarrizko estazioak eta sateliteak zeuden, geroago etxebizitzetara hedatu ziren, hala nola eguzki-teilatuak. Egoera hauetan, instalazio-eremu mugatuek eta energia-dentsitate handiko beharrek silizio kristalinoko moduluak nahiago zituzten. Eskala handiko eguzki-energia zentralak eta eraikinetan integratutako energia fotovoltaikoa (BIPV) garatzearekin batera, kostuen inguruko kezkak film meheko zelulen aplikazioak areagotzea ekarri du. Ingurumen- eta klima-baldintzek ere eragina dute teknologia desberdinen adopzioan.
Eguzki-energia fotovoltaikoaren teknologiaren aplikazioak
Eguzki-erradiazioa erabilgarri den elektrizitate bihurtzeak eguzki-energia fotovoltaikoko sistema oso bat behar du. Eguzki-energia fotovoltaikoko zelulak dira sistema honen oinarria, eta horrek inbertsoreak, bateriak, monitorizazio-sistemak eta banaketa-sistemak ere barne hartzen ditu.
PV Sistemaren Sailkapena eta Konposizioa
Eguzki-energia fotovoltaikoko sistemak saretik kanpoko edo sareari konektatutako gisa sailkatzen dira. Saretik kanpoko sistemak autonomoak edo hibridoak izan daitezke.
Sistema autonomoak normalean urruneko eremuetan, komunikazio-oinarrizko estazioetan eta eguzki-kale-argietan erabiltzen dira, eguzki-energiaren menpe daudenak erabat. Eguzki-moduluak, inbertsoreak, kontrolagailuak, bateriak, banaketa-sistemak eta tximisten aurkako babesa barne hartzen dituzte. Bateriak eta kontrolagailuak eragin handia dute sistemaren kostuan eta bizitzan. Sistema hibridoek eguzki-energia beste iturri batzuekin konbinatzen dute, hala nola diesel sorgailuak edo haize-errotak.
Sare elektrikoari lotutako sistemek, normalean teilatuetako eguzki-energia sortzeko eta zentral fotovoltaiko handietan erabiltzen direnek, ez dute biltegiratze-ekiporik behar, eta horrek kostuak murrizten ditu. Sistema horien artean daude eguzki-moduluak, inbertsoreak, banaketa-sistemak, tximisten aurkako babesa eta monitorizazio-sistemak. Gaur egun, sare elektrikoari lotutako sistemek eguzki-energiaren aplikazio guztien % 80 hartzen dute.
Bestelako energia fotovoltaiko sortzeko teknologiak
Eguzki-zelulen teknologia fotovoltaikoaz gain, inbertsoreen teknologia, sarearen integrazioa, biltegiratzea eta monitorizazio adimenduna funtsezkoak dira energia fotovoltaikoa sortzeko sistemetarako:
Eguzki-zelulen irteerako potentzia eguzki-erradiazioaren intentsitatearen arabera aldatzen da, eta horrek tarteka eragiten du. Sare elektrikoaren integrazio handiak eragina izan dezake sare elektrikoan, eta horrek sarearen kontrola eta uharteen babesa ezinbestekoak bihurtzen ditu.
Eguzki-moduluaren irteera korronte zuzena (DC) da, eta horrek inbertsoreen bidez korronte alternora (AC) bihurtzeko kalitate handia eskatzen du.
Moduluaren potentzia-irteera tenperaturak eta itzalak bezalako faktoreek eragin dezakete, eta horrek sistemaren monitorizazioa eta alarma-sistemak behar ditu.
Urrutiko kontrol teknologia ezinbestekoa da urruneko eremuetako energia fotovoltaikoko zentraletarako.
Txinak eguzki-moduluen ekoizpenean liderra da kalitateari eta eskalari dagokionez. Industria-katearen barruan irabazi handiko arloen artean silizio-arazketa, inbertsoreak, monitorizazio-sistemak eta PV ekipamenduen fabrikazioa daude. Arlo gako hauetan aurrerapenak lortzea erronka bat da Txinako PV industriarentzat.
Eguzki-energia fotovoltaikoaren sorreraren egungo egoera eta etorkizuneko aukerak
Kostu handiak direla eta, eguzki-energia fotovoltaikoaren sorkuntzak ez zuen garapen eskala handikorik izan joan den mendearen amaierara arte. XXI. mendean sartzean, eraginkortasuna hobetu eta kostuak azkar jaitsi ahala, eguzki-energia fotovoltaikoaren sorkuntzak hazkunde azkarra izan du, instalatutako ahalmena urtero handitzen delarik. Mundu mailako urteko instalatutako ahalmena 1,4 GW-tik 2000. urtean 22,8 GW-ra igo zen 2009an. Alemania, Italia eta Espainia bezalako Europako herrialdeak merkatu nagusiak dira, eta EBk eguzki-energiaren kuota elektrizitate-hornikuntza osoaren % 12ra handitzea du helburu 2020rako. Txina eta India bezalako garapen bidean dauden herrialdeek ere eguzki-energiaren garapen-planak abiarazi dituzte. Komunikazio-oinarri-estazioez, eguzki-teilatuez eta zentral fotovoltaikoez gain, eguzki-energia fotovoltaikoaren sorkuntza asko erabiltzen da gaur egun hainbat gailu mugikortan.
Energia-iturri osagarri eta alternatibo gisa, eguzki-energia fotovoltaikoaren teknologia azkar garatzen ari da, sorkuntza-kostuak gutxituz. Aurrerapen teknologiko jarraituekin, eguzki-energia, baliabide garbi eta berriztagarri gisa, garapen iraunkorrerako energia-iturri gako bihurtzeko bidean dago.
