Bl-avvanzi teknoloġiċi u t-tkabbir tal-industrija, l-ispiża tal-ġenerazzjoni tal-enerġija fotovoltajka (PV) tkompli tonqos, u b'hekk qed tippożizzjonaha bħala sors ta' enerġija kruċjali għall-iżvilupp sostenibbli fil-futur.
Komponenti Ewlenin tat-Teknoloġija Fotovoltajka
Il-komponent ewlieni tat-teknoloġija tal-ġenerazzjoni tal-enerġija PV hija ċ-ċellula PV solari. L-evoluzzjoni taċ-ċelloli solari PV tista' tiġi kkategorizzata fi tliet ġenerazzjonijiet. L-ewwel ġenerazzjoni tikkonsisti f'ċelloli solari bbażati fuq is-silikon; it-tieni ġenerazzjoni tinkludi ċelloli solari b'film irqiq; u t-tielet ġenerazzjoni tinkludi teknoloġiji ġodda bħal ċelloli fotovoltajċi ta' konċentrazzjoni għolja (HCPV), ċelloli solari organiċi, ċelloli solari flessibbli, u ċelloli solari sensibilizzati biż-żebgħa. Bħalissa, iċ-ċelloli solari bbażati fuq is-silikon jiddominaw is-suq, filwaqt li ċ-ċelloli b'film irqiq qed jiksbu sehem mis-suq gradwalment. Il-biċċa l-kbira taċ-ċelloli tat-tielet ġenerazzjoni, ħlief għall-HCPV, għadhom fil-fażi tar-riċerka.
Ċelloli Solari Bbażati fuq is-Silikon
Fost iċ-ċelloli solari bbażati fuq is-silikon, it-teknoloġija tas-silikon monokristallin hija l-aktar matura. L-effiċjenza u l-ispiża ta’ dawn iċ-ċelloli huma primarjament influwenzati mill-proċess tal-manifattura, li jinkludi passi bħall-ikkastjar tal-ingotti, it-tqattigħ tal-wejfers, id-diffużjoni, it-tessut, l-istampar bl-iskrin, u s-sinterizzazzjoni. Iċ-ċelloli solari prodotti permezz ta’ dan il-proċess konvenzjonali tipikament jiksbu effiċjenza ta’ konverżjoni fotoelettrika ta’ 16-18%.
Iċ-ċelloli solari tas-silikon monokristallin għandhom l-ogħla effiċjenza ta' konverżjoni iżda huma wkoll l-aktar għaljin. Iċ-ċelloli solari tas-silikon polikristallin joffru tnaqqis tajjeb fl-ispejjeż billi jimmanifatturaw direttament ingotti kwadri tas-silikon ta' daqs kbir adattati għall-produzzjoni tal-massa. Dan il-proċess huwa aktar sempliċi, jiffranka l-enerġija, jikkonserva l-materjal tas-silikon, u jeħtieġ kwalità ta' materjal aktar baxxa.
It-tnaqqis tal-ispiża taċ-ċelloli solari jista' jinkiseb permezz ta' żewġ strateġiji ewlenin: tnaqqis fil-konsum tal-materjal (eż., tnaqqis fil-ħxuna tal-wejfer tas-silikon) u żieda fl-effiċjenza tal-konverżjoni. Il-metodi biex tittejjeb l-effiċjenza jinkludu żieda fl-assorbiment tad-dawl (eż., texturizzazzjoni tal-wiċċ, kisi antiriflettiv, tnaqqis fil-wisa' tal-elettrodu ta' quddiem), tnaqqis fir-rikombinazzjoni ta' trasportaturi fotoġenerati (eż., passivazzjoni tal-emittent), u minimizzazzjoni tar-reżistenza (eż., doping lokalizzat, teknoloġija tal-kamp tal-wiċċ ta' wara).
L-ogħla effiċjenza ta' konverżjoni rreġistrata għal ċelloli solari tas-silikon monokristallin hija ta' 24.7%, miksuba miċ-ċella solari bl-istruttura PERL mill-Università ta' New South Wales. Il-karatteristiċi teknoloġiċi ewlenin jinkludu konċentrazzjoni baxxa ta' doping tal-fosfru fuq il-wiċċ tas-silikon biex tnaqqas ir-rikombinazzjoni tal-wiċċ, diffużjoni ta' konċentrazzjoni għolja taħt l-elettrodi tal-wiċċ ta' quddiem u ta' wara biex jiffurmaw kuntatti ohmiċi tajbin, u l-użu tal-fotolitografija biex tiċkien l-elettrodi tal-wiċċ ta' quddiem, u b'hekk tiżdied iż-żona tal-assorbiment tad-dawl. Madankollu, din it-teknoloġija għad trid tiġi industrijalizzata.
Tekniki oħra biex tittejjeb l-effiċjenza jinkludu ċ-ċelloli minsuġin bil-kanali tal-wiċċ ta' BP Solar u t-teknoloġija back-contact (EWT). Tal-ewwel tikseb effiċjenza ta' 18.3% permezz tal-iskanalaturi bil-lejżer, li jnaqqsu l-wisa' tal-elettrodi ta' quddiem u jżidu l-assorbiment tad-dawl. Tal-aħħar tikseb effiċjenza ta' 21.3% billi ġġib l-elettrodi ta' quddiem lejn wara, u b'hekk iżżid iż-żona li tassorbi d-dawl.
Ċelloli Solari b'Film Irqiq
Filwaqt li ċ-ċelloli solari tas-silikon kristallin jiddominaw minħabba l-effiċjenza għolja tagħhom, it-tnaqqis sinifikanti tal-ispiża tagħhom huwa ta’ sfida minħabba l-prezz għoli tal-materjal tas-silikon. Iċ-ċelloli solari b’film irqiq, li jużaw inqas materjal, ħarġu bħala alternattiva kosteffettiva. It-tipi ewlenin ta’ ċelloli b’film irqiq jinkludu ċelloli b’film irqiq ibbażati fuq is-silikon, ċelloli tal-kadmju telluride (CdTe), u ċelloli tas-selenur tar-ram, l-indju u l-gallju (CIGS).
Iċ-ċelloli b'film irqiq ibbażati fuq is-silikon huma ħoxnin biss 2 mikrometri, u jużaw madwar 1.5% tal-materjal tas-silikon meħtieġ għaċ-ċelloli tas-silikon kristallin. Skont in-numru ta' ġunzjonijiet PN, dawn iċ-ċelloli jistgħu jkunu b'ġunzjoni waħda, b'ġunzjoni doppja, jew b'ħafna ġunzjonijiet, kull waħda kapaċi tassorbi wavelengths differenti tad-dawl tax-xemx. L-ogħla effiċjenza għaċ-ċelloli b'ġunzjoni waħda hija ta' madwar 7%, filwaqt li ċ-ċelloli b'ġunzjoni doppja jistgħu jilħqu l-10%.
Iċ-ċelloli b'film irqiq tas-CdTe joffru effiċjenza ogħla (sa 12%) minħabba l-proprjetajiet tajbin tagħhom ta' assorbiment tad-dawl. Madankollu, in-natura karċinoġenika tal-kadmju u r-riżervi naturali limitati tat-tellurju joħolqu sfidi ta' żvilupp fit-tul.
Iċ-ċelloli CIGS b'film irqiq huma kkunsidrati l-futur tat-teknoloġija tal-film irqiq b'effiċjenza għolja. Billi jiġi aġġustat il-proċess tal-manifattura, l-assorbiment tad-dawl tagħhom jista' jittejjeb, u dan iwassal għal effiċjenzi ta' konverżjoni ogħla. Bħalissa, l-effiċjenzi tal-laboratorju jilħqu l-20.1%, filwaqt li l-prodotti kummerċjali jilħqu t-13-14%, u dan jagħmilhom l-aktar effiċjenti fost iċ-ċelloli b'film irqiq.
Ċelloli tat-Tielet Ġenerazzjoni
Teoretikament, iċ-ċelloli tat-tielet ġenerazzjoni jistgħu jiksbu effiċjenzi ta' konverżjoni għoljin. Ħlief għall-HCPV, il-biċċa l-kbira għadhom fl-istadju tar-riċerka. Iċ-ċelloli HCPV tipikament jużaw materjali semikondutturi III-V, li għandhom reżistenza ogħla għas-sħana u jżommu effiċjenza għolja ta' konverżjoni taħt illuminazzjoni għolja. Strutturi b'ħafna ġunzjonijiet jippermettu lil dawn iċ-ċelloli jaqblu mill-qrib mal-ispettru solari, b'effiċjenzi teoretiċi sa 68%. Il-produzzjoni kummerċjali tista' tikseb effiċjenzi 'l fuq minn 40%.
Iċ-ċelloli solari huma inkapsulati f'moduli, u l-applikazzjonijiet tagħhom jiddependu fuq il-karatteristiċi tagħhom u d-domandi tas-suq. L-applikazzjonijiet bikrija inkludew stazzjonijiet bażi ta' komunikazzjoni u satelliti, li aktar tard espandew għal żoni residenzjali bħal bjut solari. F'dawn ix-xenarji, żoni ta' installazzjoni limitati u ħtiġijiet ta' densità għolja ta' enerġija ffavorixxew moduli tas-silikon kristallin. Bl-iżvilupp ta' impjanti tal-enerġija solari fuq skala kbira u fotovoltajċi integrati fil-bini (BIPV), il-kunsiderazzjonijiet tal-ispejjeż wasslu għal żieda fl-applikazzjonijiet taċ-ċelloli b'film irqiq. Il-kundizzjonijiet ambjentali u klimatiċi jinfluwenzaw ukoll l-adozzjoni ta' teknoloġiji differenti.
Applikazzjonijiet tat-Teknoloġija Fotovoltajka Solari
Il-konverżjoni tar-radjazzjoni solari f'elettriku utilizzabbli teħtieġ sistema PV solari kompluta. Iċ-ċelloli PV solari jiffurmaw il-pedament ta' din is-sistema, li tinkludi wkoll invertituri, batteriji, sistemi ta' monitoraġġ, u sistemi ta' distribuzzjoni.
Klassifikazzjoni u Kompożizzjoni tas-Sistema PV
Sistemi solari PV huma kklassifikati jew bħala off-grid jew grid-tieed. Sistemi off-grid jistgħu jkunu waħedhom jew ibridi.
Sistemi waħedhom tipikament jintużaw f'żoni remoti, stazzjonijiet bażi ta' komunikazzjoni, u dwal tat-toroq solari, li jiddependu kompletament fuq l-enerġija solari. Dawn jinkludu moduli solari, invertituri, kontrolluri, batteriji, sistemi ta' distribuzzjoni, u protezzjoni mis-sajjetti. Il-batteriji u l-kontrolluri għandhom impatt sinifikanti fuq l-ispiża u l-ħajja tas-sistema. Sistemi ibridi jikkombinaw l-enerġija solari ma' sorsi oħra bħal ġeneraturi tad-diżil jew turbini tar-riħ.
Sistemi marbuta mal-grilja, komunement użati għal bjut solari u impjanti tal-enerġija PV fuq skala kbira, ma jeħtiġux tagħmir tal-ħażna, u b'hekk jitnaqqsu l-ispejjeż. Dawn is-sistemi jinkludu moduli solari, invertituri, sistemi ta' distribuzzjoni, protezzjoni mis-sajjetti, u sistemi ta' monitoraġġ. Bħalissa, is-sistemi marbuta mal-grilja jammontaw għal 80% tal-applikazzjonijiet solari kollha.
Teknoloġiji Oħra tal-Ġenerazzjoni tal-Enerġija PV
Minbarra t-teknoloġija taċ-ċelloli solari PV, it-teknoloġija tal-inverter, l-integrazzjoni tal-grilja, il-ħażna, u l-monitoraġġ intelliġenti huma kruċjali għas-sistemi tal-ġenerazzjoni tal-enerġija PV:
Il-qawwa tal-ħruġ taċ-ċelloli solari tvarja skont l-intensità tar-radjazzjoni solari, u dan jikkawża intermittenza. L-integrazzjoni tal-grilja fuq skala kbira tista' tħalli impatt fuq il-grilja, u b'hekk il-kontroll tal-grilja u l-protezzjoni tal-gżejjer isiru essenzjali.
L-output tal-modulu solari huwa kurrent dirett (DC), li jeħtieġ konverżjoni ta' kwalità għolja għal kurrent alternanti (AC) permezz ta' inverters.
Il-qawwa tal-output tal-modulu tista' tiġi affettwata minn fatturi bħat-temperatura u d-dell, li jeħtieġu monitoraġġ tas-sistema u sistemi ta' allarm.
It-teknoloġija tal-kontroll mill-bogħod hija vitali għall-impjanti tal-enerġija PV f'żoni remoti.
Iċ-Ċina tinsab fuq quddiem nett fil-produzzjoni ta' moduli solari f'termini ta' kwalità u skala. Oqsma bi profitt għoli fil-katina tal-industrija jinkludu l-purifikazzjoni tas-silikon, l-invertituri, is-sistemi ta' monitoraġġ, u l-manifattura ta' tagħmir PV. Il-kisba ta' avvanzi f'dawn l-oqsma ewlenin hija sfida għall-industrija PV taċ-Ċina.
Status Attwali u Prospetti Futuri tal-Ġenerazzjoni tal-Enerġija Solari PV
Minħabba l-ispejjeż għoljin, il-ġenerazzjoni tal-enerġija solari PV ma ratx żvilupp fuq skala kbira sa tmiem is-seklu li għadda. Hekk kif dħalna fis-seklu 21, b'effiċjenza mtejba u spejjeż li qed jonqsu malajr, il-ġenerazzjoni tal-enerġija solari PV esperjenzat tkabbir mgħaġġel, bil-kapaċità installata tiżdied kull sena. Il-kapaċità installata annwali globali żdiedet minn 1.4 GW fl-2000 għal 22.8 GW fl-2009. Pajjiżi Ewropej bħall-Ġermanja, l-Italja, u Spanja huma swieq ewlenin, bl-UE tippjana li żżid is-sehem tal-enerġija solari għal 12% tal-provvista totali tal-elettriku sal-2020. Pajjiżi li qed jiżviluppaw bħaċ-Ċina u l-Indja nedew ukoll pjanijiet ta' żvilupp solari. Lil hinn mill-istazzjonijiet bażi tal-komunikazzjoni, is-soqfa solari, u l-impjanti tal-enerġija PV, il-ġenerazzjoni tal-enerġija solari PV issa tintuża ħafna f'diversi apparati mobbli.
Bħala sors ta' enerġija supplimentari u alternattiva, it-teknoloġija solari PV qed tiżviluppa b'rata mgħaġġla, bi tnaqqis fl-ispejjeż tal-ġenerazzjoni. Bl-avvanzi teknoloġiċi kontinwi, l-enerġija solari, bħala riżorsa nadifa u rinnovabbli, tinsab f'pożizzjoni li ssir sors ewlieni ta' enerġija għall-iżvilupp sostenibbli.
