Mat den technologesche Fortschrëtter an der Skalierung vun der Industrie ginn d'Käschte fir d'photovoltaesch (PV) Energieproduktioun weider erof, wat se als eng zentral Energiequell fir nohalteg Entwécklung an der Zukunft positionéiert.
Schlësselkomponenten vun der Photovoltaiktechnologie
De Kärkomponent vun der PV-Stroumproduktiounstechnologie ass d'Solar-PV-Zell. D'Evolutioun vu Solar-PV-Zellen kann an dräi Generatiounen agedeelt ginn. Déi éischt Generatioun besteet aus Solarzellen op Siliziumbasis; déi zweet Generatioun enthält Dënnschicht-Solarzellen; an déi drëtt Generatioun ëmfaasst nei Technologien wéi héichkonzentréiert Photovoltaikzellen (HCPV), organesch Solarzellen, flexibel Solarzellen a faarwstoffsensibiliséiert Solarzellen. Aktuell dominéieren d'Solarzellen op Siliziumbasis de Maart, während Dënnschichtzellen no an no Maartundeeler gewannen. Déi meescht Zellen vun der drëtter Generatioun, ausser HCPV, sinn nach ëmmer an der Fuerschungsphase.
Siliziumbaséiert Solarzellen
Ënnert de Solarzellen op Siliziumbasis ass d'Monokristallin-Siliziumtechnologie am wäitste fortgeschrattenen. D'Effizienz an d'Käschte vun dësen Zellen gi virun allem vum Fabrikatiounsprozess beaflosst, deen Schrëtt wéi Barrengoss, Waferschneiden, Diffusioun, Texturéierung, Siebdruck a Sinterung ëmfaasst. Solarzellen, déi duerch dëse konventionelle Prozess produzéiert ginn, erreechen typescherweis eng photoelektresch Konversiounseffizienz vun 16-18%.
Monokristallin Silizium-Solarzellen hunn déi héchst Konversiounseffizienz, awer si sinn och déi deierst. Polykristallin Silizium-Solarzellen bidden eng gutt Käschtereduktioun andeems se grouss, quadratesch Siliziumbarren direkt hierstellen, déi fir d'Masseproduktioun gëeegent sinn. Dëse Prozess ass méi einfach, spuert Energie, spuert Siliziummaterial a verlaangt eng méi niddreg Materialqualitéit.
D'Käschte vu Solarzellen kënne mat zwou Haaptstrategien reduzéiert ginn: de Materialverbrauch reduzéieren (z.B. d'Dicke vu Siliziumwafer reduzéieren) an d'Konversiounseffizienz erhéijen. Methode fir d'Effizienz ze verbesseren enthalen d'Erhéijung vun der Liichtabsorptioun (z.B. Uewerflächentexturéierung, antireflexiv Beschichtung, Reduktioun vun der Breet vun der Frontelektrode), d'Reduktioun vun der Rekombinatioun vu photogeneréierten Träger (z.B. Emitterpassivéierung) an d'Minimiséierung vum Widderstand (z.B. lokaliséiert Dotierung, Back-Surface-Field-Technologie).
Déi héchst opgezeechent Konversiounseffizienz fir monokristallin Silizium-Solarzellen ass 24,7%, erreecht vun der PERL-Struktur-Solarzell vun der University of New South Wales. Schlëssel technologesch Eegeschafte sinn eng niddreg Phosphor-Dotierungskonzentratioun op der Siliziumoberfläche fir d'Uewerflächenrekombinatioun ze reduzéieren, eng héichkonzentréiert Diffusioun ënner de viischten an hënneschten Uewerflächenelektroden fir gutt ohmesch Kontakter ze bilden, an d'Benotzung vun der Photolithographie fir d'Viischten Uewerflächenelektroden ze verengen an doduerch d'Liichtabsorptiounsfläch ze erhéijen. Dës Technologie ass awer nach net industrialiséiert ginn.
Aner Techniken fir d'Effizienz ze verbesseren sinn d'Uewerflächengerillten, texturéiert Zellen, an d'Back-Contact (EWT) Technologie vu BP Solar. Déi éischt erreecht eng Effizienz vun 18,3% duerch Lasergrooving, wat d'Breet vun de viischte Elektroden reduzéiert an d'Liichtabsorptioun erhéicht. Déi zweet erreecht eng Effizienz vun 21,3% andeems d'viischt Elektroden no hannen bruecht ginn, wouduerch d'Liichtabsorptiounsfläch erhéicht gëtt.
Dënnfilm-Solarzellen
Wärend kristallin Silizium-Solarzellen wéinst hirer héijer Effizienz dominéieren, ass et schwéier, hir Käschten däitlech ze reduzéieren, well de Siliziummaterial héich ass. Dënnschicht-Solarzellen, déi manner Material verbrauchen, hunn sech als eng käschtegënschteg Alternativ erausgestallt. Zu den Haaptzorte vun Dënnschicht-Zellen gehéieren Dënnschicht-Zellen op Siliziumbasis, Cadmiumtellurid-Zellen (CdTe) a Kupferindium-Galliumselenid-Zellen (CIGS).
Dënnschichtzellen op Siliziumbasis sinn nëmmen 2 Mikrometer déck a benotzen ongeféier 1,5% vum Siliziummaterial, dat fir kristallin Siliziumzellen gebraucht gëtt. Ofhängeg vun der Unzuel vun de PN-Verbindungen kënnen dës Zellen Single-Junction, Double-Junction oder Multi-Junction sinn, all fäeg verschidde Wellelängte vum Sonneliicht ze absorbéieren. Déi héchst Effizienz fir Single-Junction-Zellen ass ongeféier 7%, während Double-Junction-Zellen 10% erreeche kënnen.
CdTe-Dënnschichtzellen bidden eng méi héich Effizienz (bis zu 12%) wéinst hire gudde Liichtabsorptiounseigenschaften. Wéinst hire karzinogenen Eegeschafte stellen déi karzinogen Natur vu Cadmium an déi limitéiert natierlech Reserven vun Tellur laangfristeg Erausfuerderunge fir d'Entwécklung duer.
CIGS-Dënnschichtzellen gëllen als d'Zukunft vun der héicheffizienter Dënnschichttechnologie. Duerch d'Upassung vum Fabrikatiounsprozess kann hir Liichtabsorptioun verbessert ginn, wat zu enger méi héijer Konversiounseffizienz féiert. Aktuell erreechen d'Laboreffizienzen 20,1%, während kommerziell Produkter 13-14% erreechen, wat se zu de effizientesten Dënnschichtzellen mécht.
Zellen vun der drëtter Generatioun
Theoretesch kënnen Zellen vun der drëtter Generatioun eng héich Konversiounseffizienz erreechen. Mat Ausnam vun HCPV sinn déi meescht nach ëmmer an der Fuerschungsphase. HCPV-Zellen benotzen typescherweis III-V Hallefleedermaterialien, déi eng méi héich Hëtztbeständegkeet hunn an eng héich Konversiounseffizienz bei héijer Beliichtung behalen. Multi-Junction-Strukturen erlaben et dësen Zellen, sech genee mam Sonnespektrum unzepassen, mat theoreteschen Effizienzen vu bis zu 68%. Kommerziell Produktioun kann Effizienzen iwwer 40% erreechen.
Solarzellen sinn a Moduler agekapselt, an hir Uwendungen hänken vun hiren Charakteristiken a Maartbedürfnisser of. Fréi Uwendungen hunn Kommunikatiounsbasisstatiounen a Satellitten abegraff, spéider goufen se op Wunnberäicher wéi Solardächer ausgebreet. An dëse Szenarie hunn limitéiert Installatiounsflächen an héich Energiedichtemoduler favoriséiert. Mat der Entwécklung vu grousse Solarkraaftwierker a Gebaiintegréierter Photovoltaik (BIPV) hunn Käschteberücksichtegungen zu méi Dënnschichtzellen-Uwendungen gefouert. Ëmwelt- a klimatesch Bedéngungen beaflossen och d'Adoptioun vun ënnerschiddlechen Technologien.
Uwendungen vun der Solarphotovoltaescher Technologie
D'Ëmwandlung vun der Sonnestralung an brauchbaren Stroum erfuerdert e komplette Solar-PV-System. Solar-PV-Zellen bilden d'Basis vun dësem System, zu deem och Inverter, Batterien, Iwwerwaachungssystemer a Verdeelungssystemer gehéieren.
Klassifikatioun a Zesummesetzung vu PV-Systemer
Solar-PV-Anlagen ginn entweder als Off-Grid oder Grid-Tie klasséiert. Off-Grid-Anlagen kënne Standalone oder Hybrid sinn.
Standalone-Systemer ginn typescherweis a wäit ewechgeleeëne Gebidder, Kommunikatiounsbasisstatiounen a Solarstroosseluuchten agesat, déi komplett op Solarenergie ugewise sinn. Dozou gehéieren Solarmoduler, Inverter, Controller, Batterien, Verdeelungssystemer a Blëtzschutz. Batterien a Controller beaflossen d'Käschten an d'Liewensdauer vum System däitlech. Hybridsystemer kombinéieren Solarenergie mat anere Quellen wéi Dieselgeneratoren oder Wandturbinnen.
Netzgebonnen Systemer, déi dacks fir Solardächer a grouss PV-Kraaftwierker benotzt ginn, brauchen keng Späicherausrüstung, wat d'Käschte reduzéiert. Dës Systemer enthalen Solarmoduler, Inverter, Verdeelungssystemer, Blëtzschutz a Iwwerwaachungssystemer. Aktuell maachen netzgebonnen Systemer 80% vun alle Solaranwendungen aus.
Aner Technologien fir d'Generatioun vu PV-Energie
Nieft der Solar-PV-Zelltechnologie sinn och Invertertechnologie, Netzintegratioun, Späicherung an intelligent Iwwerwaachung entscheedend fir PV-Stroumproduktiounssystemer:
D'Ausgangsleistung vun de Solarzellen variéiert mat der Intensitéit vun der Sonnestralung, wat zu Intermittenz féiert. Eng groussflächeg Netzintegratioun kann d'Netz beaflossen, wouduerch d'Netzkontroll an den Isoléierungsschutz essentiell sinn.
D'Ausgab vum Solarmodul ass Gläichstroum (DC), wat eng héichqualitativ Ëmwandlung an Wiesselstroum (AC) iwwer Inverter erfuerdert.
D'Leeschtung vum Modul kann duerch Faktoren wéi Temperatur a Schiet beaflosst ginn, wat eng Systemiwwerwaachung an Alarmsystemer noutwendeg mécht.
Fernbedienungstechnologie ass essentiell fir PV-Kraaftwierker a wäit ewechgeleeëne Gebidder.
China ass féierend an der Produktioun vu Solarmoduler wat Qualitéit a Skala ugeet. Héichprofitabel Beräicher an der Industriekette sinn Siliziumreinigung, Inverter, Iwwerwaachungssystemer a PV-Ausrüstung. Duerchbréch an dëse Schlësselberäicher z'erreechen ass eng Erausfuerderung fir d'PV-Industrie a China.
Aktuellen Zoustand a Zukunftsaussichten vun der Solar-PV-Energieerzeugung
Wéinst den héije Käschten huet d'Solar-PV-Stroumproduktioun eréischt Enn vum leschte Joerhonnert eng grouss Entwécklung erlieft. Um Ufank vum 21. Joerhonnert, mat verbesserter Effizienz a séier falende Käschten, huet d'Solar-PV-Stroumproduktioun e séiere Wuesstem erlieft, mat enger alljährlecher Erhéijung vun der installéierter Kapazitéit. Déi global jäerlech installéiert Kapazitéit ass vun 1,4 GW am Joer 2000 op 22,8 GW am Joer 2009 geklommen. Europäesch Länner wéi Däitschland, Italien a Spuenien si wichteg Mäert, an d'EU plangt, den Undeel vun der Solarenergie bis 2020 op 12% vun der gesamter Stroumversuergung ze erhéijen. Entwécklungslänner wéi China an Indien hunn och Pläng fir d'Entwécklung vu Solarenergie lancéiert. Nieft Kommunikatiounsbasisstatiounen, Solardächer a PV-Kraaftwierker gëtt d'Solar-PV-Stroumproduktioun elo wäit verbreet a verschiddene mobilen Apparater agesat.
Als zousätzlech an alternativ Energiequell entwéckelt sech d'Solar-PV-Technologie séier, mat erofgoende Produktiounskäschten. Mat de lafenden technologesche Fortschrëtter ass d'Solarenergie, als propper an erneierbar Ressource, prett fir eng Schlësselenergiequell fir nohalteg Entwécklung ze ginn.
