Технологиялык жетишкендиктер жана өнөр жайдын масштабдашы менен фотоэлектрдик (ФЭ) электр энергиясын өндүрүүнүн баасы төмөндөөнү улантууда, бул аны келечекте туруктуу өнүгүү үчүн маанилүү энергия булагы катары көрсөтөт.
Фотоэлектрдик технологиянын негизги компоненттери
Күн энергиясын өндүрүү технологиясынын негизги компоненти - күн энергиясын өндүрүүчү күн энергиясы бар батарея. Күн энергиясын өндүрүүчү күн энергиясы бар батареялардын эволюциясын үч муунга бөлүүгө болот. Биринчи муун кремний негизиндеги күн батареяларынан турат; экинчи муун жука пленкалуу күн батареяларын камтыйт; ал эми үчүнчү муун жогорку концентрациялуу фотоэлектрдик (HCPV) батареялар, органикалык күн батареялары, ийкемдүү күн батареялары жана боёкко сезгич күн батареялары сыяктуу жаңы технологияларды камтыйт. Учурда кремний негизиндеги күн батареялары рынокто үстөмдүк кылат, ал эми жука пленкалуу батареялар акырындык менен рыноктун үлүшүн ээлеп жатат. HCPVден башка үчүнчү муундагы батареялардын көпчүлүгү дагы эле изилдөө баскычында.
Кремний негизиндеги күн батареялары
Кремний негизиндеги күн батареяларынын ичинен монокристаллдык кремний технологиясы эң өнүккөн болуп саналат. Бул батареялардын натыйжалуулугуна жана баасына негизинен куйма куюу, пластинаны кесүү, диффузия, текстуралоо, трафареттик басып чыгаруу жана бышыруу сыяктуу кадамдарды камтыган өндүрүш процесси таасир этет. Бул кадимки процесс аркылуу өндүрүлгөн күн батареялары, адатта, 16-18% фотоэлектрдик конвертациянын натыйжалуулугуна жетишет.
Монокристаллдык кремний күн батареялары эң жогорку конверсия натыйжалуулугуна ээ, бирок ошол эле учурда эң кымбат. Поликристаллдык кремний күн батареялары массалык өндүрүшкө ылайыктуу чоң өлчөмдөгү төрт бурчтуу кремний куймаларын түздөн-түз өндүрүү менен чыгымдарды жакшы кыскартууну камсыз кылат. Бул процесс жөнөкөй, энергияны үнөмдөйт, кремний материалын үнөмдөйт жана материалдын сапатын төмөндөтүүнү талап кылат.
Күн батареяларынын баасын төмөндөтүүгө эки негизги стратегия аркылуу жетишүүгө болот: материалды керектөөнү азайтуу (мисалы, кремний пластинасынын калыңдыгын азайтуу) жана конверсиянын натыйжалуулугун жогорулатуу. Натыйжалуулукту жогорулатуу ыкмаларына жарыктын сиңирилишин жогорулатуу (мисалы, беттик текстуралоо, чагылдырууга каршы каптоо, алдыңкы электроддун туурасын азайтуу), фотогенерацияланган алып жүрүүчүлөрдүн рекомбинациясын азайтуу (мисалы, эмиттер пассивациясы) жана каршылыкты минималдаштыруу (мисалы, локалдашкан легирлөө, арткы беттик талаа технологиясы) кирет.
Монокристаллдык кремний күн батареялары үчүн эң жогорку катталган конверсиялык эффективдүүлүк 24,7% түзөт, ага Жаңы Түштүк Уэльс университетинин PERL структурасындагы күн батареясы жетишкен. Негизги технологиялык өзгөчөлүктөргө беттик рекомбинацияны азайтуу үчүн кремний бетинде фосфордун төмөн концентрациясы, жакшы омдук байланыштарды түзүү үчүн алдыңкы жана арткы беттик электроддордун астында жогорку концентрациядагы диффузия жана алдыңкы беттик электроддорду тарылтуу, жарыкты сиңирүү аянтын көбөйтүү үчүн фотолитографияны колдонуу кирет. Бирок, бул технология азырынча өнөр жайлаштырыла элек.
Натыйжалуулукту жогорулатуунун башка ыкмаларына BP Solar компаниясынын беттик оюктуу текстуралуу клеткалары жана арткы байланыш (EWT) технологиясы кирет. Биринчиси лазердик оюк аркылуу 18,3% натыйжалуулукка жетишет, бул алдыңкы электроддордун туурасын азайтып, жарыктын сиңүүсүн жогорулатат. Экинчиси алдыңкы электроддорду арткы жакка алып келип, жарыкты сиңирүүчү аянтты көбөйтүү менен 21,3% натыйжалуулукка жетишет.
Жука пленкалуу күн батареялары
Кристаллдык кремний күн батареялары жогорку натыйжалуулугунан улам басымдуулук кылса, кремний материалынын баасынын жогору болушунан улам алардын баасын бир кыйла төмөндөтүү кыйынга турат. Азыраак материалды колдонгон жука пленкалуу күн батареялары үнөмдүү альтернатива катары пайда болду. Жука пленкалуу батареялардын негизги түрлөрүнө кремний негизиндеги жука пленкалуу клеткалар, кадмий теллурид (CdTe) клеткалары жана жез индий галлий селениди (CIGS) клеткалары кирет.
Кремний негизиндеги жука пленкалуу клеткалардын калыңдыгы болгону 2 микрометрди түзөт, алар кристаллдык кремний клеткалары үчүн талап кылынган кремний материалынын болжол менен 1,5% колдонот. PN түйүндөрүнүн санына жараша, бул клеткалар бир түйүндүү, эки түйүндүү же көп түйүндүү болушу мүмкүн, ар бири күн нурунун ар кандай толкун узундуктарын сиңирүүгө жөндөмдүү. Бир түйүндүү клеткалар үчүн эң жогорку натыйжалуулук болжол менен 7%ды түзөт, ал эми эки түйүндүү клеткалар 10%га жетиши мүмкүн.
CdTe жука пленкалуу клеткалары жарыкты жакшы сиңирүү касиеттеринен улам жогорку натыйжалуулукту (12% га чейин) сунуштайт. Бирок, кадмийдин канцерогендик мүнөзү жана теллурдун чектелген табигый запастары узак мөөнөттүү өнүгүүдө кыйынчылыктарды жаратат.
CIGS жука пленкалуу клеткалары жогорку натыйжалуу жука пленкалуу технологиянын келечеги деп эсептелет. Өндүрүш процессин жөнгө салуу менен алардын жарыкты сиңирүүсүн жакшыртууга болот, бул конверсиянын натыйжалуулугун жогорулатат. Учурда лабораториялык натыйжалуулук 20,1% га жетет, ал эми коммерциялык продукциялар 13-14% га жетет, бул аларды жука пленкалуу клеткалардын ичинен эң натыйжалуу кылат.
Үчүнчү муундагы клеткалар
Теориялык жактан алганда, үчүнчү муундагы клеткалар жогорку конверсиялык натыйжалуулукка жетише алышат. HCPVден тышкары, көпчүлүгү дагы эле изилдөө баскычында. HCPV клеткалары, адатта, жогорку жылуулукка туруктуулукка ээ жана жогорку жарыктандыруу астында жогорку конверсиялык натыйжалуулукту сактаган III-V жарым өткөргүч материалдарын колдонушат. Көп түйүндүү түзүлүштөр бул клеткалардын күн спектрине тыгыз дал келишине мүмкүндүк берет, теориялык натыйжалуулугу 68% га чейин жетет. Коммерциялык өндүрүш 40% дан жогору натыйжалуулукка жетише алат.
Күн батареялары модулдарга капсулаланган жана алардын колдонулушу алардын мүнөздөмөлөрүнө жана рыноктук суроо-талаптарга жараша болот. Алгачкы колдонулуштарга байланыш базалык станциялары жана спутниктер кирген, кийинчерээк күн батареяларынын чатырлары сыяктуу турак жай аймактарына чейин кеңейген. Мындай сценарийлерде чектелген орнотуу аянттары жана жогорку энергия тыгыздыгына болгон муктаждык кристаллдык кремний модулдарына артыкчылык берген. Ири масштабдуу күн электр станцияларынын жана имараттарга интеграцияланган фотоэлектрикалардын (BIPV) өнүгүшү менен чыгымдарды эске алуу жука пленкалуу батареяларды колдонуунун көбөйүшүнө алып келди. Айлана-чөйрө жана климаттык шарттар да ар кандай технологияларды кабыл алууга таасир этет.
Күн фотоэлектрдик технологиясынын колдонулушу
Күн радиациясын колдонууга жарамдуу электр энергиясына айландыруу үчүн толук күн фотоэлектрдик системасын түзүү талап кылынат. Күн фотоэлектрдик батареялары бул системанын негизин түзөт, ага инверторлор, батареялар, мониторинг системалары жана бөлүштүрүү системалары да кирет.
Күн энергиясы системасынын классификациясы жана курамы
Күн энергиясы менен иштеген фотоэлектрдик системалар электр тармагына туташпаган же электр тармагына туташкан деп классификацияланат. Электр тармагына туташпаган системалар өз алдынча же аралаш болушу мүмкүн.
Өзүнчө турган системалар, адатта, алыскы аймактарда, байланыш базалык станцияларында жана күн энергиясы менен иштеген көчө чырактарында колдонулат жана толугу менен күн энергиясына таянат. Аларга күн модулдары, инверторлор, контроллерлор, батареялар, бөлүштүрүү системалары жана чагылгандан коргоо кирет. Батареялар жана контроллерлор системанын баасына жана иштөө мөөнөтүнө олуттуу таасир этет. Гибриддик системалар күн энергиясын дизелдик генераторлор же шамал турбиналары сыяктуу башка булактар менен айкалыштырат.
Күн энергиясы менен иштеген чатырларда жана ири көлөмдөгү күн энергиясы менен иштеген электр станцияларында кеңири колдонулган торчо менен байланышкан системалар сактоочу жабдууларды талап кылбайт, бул чыгымдарды азайтат. Бул системаларга күн модулдары, инверторлор, бөлүштүрүү системалары, чагылгандан коргоо жана мониторинг системалары кирет. Учурда торчо менен байланышкан системалар бардык күн энергиясы колдонмолорунун 80% түзөт.
Күн энергиясын өндүрүүнүн башка технологиялары
Күн энергиясын өндүрүү системалары үчүн күн энергиясы менен иштеген фотоэлектрдик клетка технологиясынан тышкары, инвертор технологиясы, тармактык интеграция, сактоо жана акылдуу мониторинг абдан маанилүү:
Күн батареясынын кубаттуулугу күн радиациясынын интенсивдүүлүгүнө жараша өзгөрүп турат, бул үзгүлтүктүүлүктү жаратат. Ири масштабдуу электр тармагын интеграциялоо электр тармагына таасир этиши мүмкүн, бул электр тармагын башкарууну жана аралдарды коргоону зарыл кылат.
Күн модулунун чыгышы туруктуу ток (ТК) болуп саналат, бул инверторлор аркылуу өзгөрмө токко (ӨТ) жогорку сапатта айландырууну талап кылат.
Модулдун кубаттуулугуна температура жана көлөкө сыяктуу факторлор таасир этиши мүмкүн, бул системаны көзөмөлдөөнү жана сигнализация системаларын талап кылат.
Алыстан башкаруу технологиясы алыскы аймактардагы күн электр станциялары үчүн абдан маанилүү.
Кытай күн модулдарын өндүрүүдө сапаты жана масштабы боюнча алдыңкы орунда турат. Өнөр жай чынжырындагы жогорку кирешелүү тармактарга кремнийди тазалоо, инверторлор, мониторинг системалары жана күн энергиясы жабдууларын өндүрүү кирет. Бул негизги тармактарда жетишкендиктерге жетүү Кытайдын күн энергиясы тармагы үчүн кыйынчылык жаратат.
Күн энергиясын өндүрүүнүн учурдагы абалы жана келечектеги келечеги
Кымбатчылыктан улам, күн энергиясын өндүрүү өткөн кылымдын аягына чейин кеңири масштабда өнүккөн эмес. 21-кылымга киргенде, натыйжалуулук жогорулап, чыгымдар тездик менен төмөндөп, күн энергиясын өндүрүү тездик менен өсүп, орнотулган кубаттуулук жыл сайын өсүп жатат. Дүйнөлүк жылдык орнотулган кубаттуулук 2000-жылы 1,4 ГВттан 2009-жылы 22,8 ГВтка чейин өстү. Германия, Италия жана Испания сыяктуу Европа өлкөлөрү негизги рыноктор болуп саналат, ЕС 2020-жылга чейин күн энергиясынын үлүшүн жалпы электр энергиясы менен камсыздоонун 12%га чейин көбөйтүүнү пландаштырууда. Кытай жана Индия сыяктуу өнүгүп келе жаткан өлкөлөр да күн энергиясын өнүктүрүү пландарын ишке киргизишти. Байланыш базалык станцияларынан, күн чатырларынан жана күн энергиясын чыгаруучу электр станцияларынан тышкары, күн энергиясын өндүрүү азыр ар кандай мобилдик түзмөктөрдө кеңири колдонулат.
Кошумча жана альтернативдүү энергия булагы катары күн фотоэлектрдик технологиясы тездик менен өнүгүп, өндүрүш чыгымдары азайууда. Технологиялык жетишкендиктердин уланышы менен күн энергиясы таза жана кайра жаралуучу ресурс катары туруктуу өнүгүү үчүн негизги энергия булагына айланууга даяр.
