सौर्य फोटोभोल्टिक प्रविधिको विकास

प्राविधिक प्रगति र उद्योगको स्केलिंगसँगै, फोटोभोल्टिक (PV) बिजुली उत्पादनको लागत घट्दै गइरहेको छ, जसले गर्दा भविष्यमा दिगो विकासको लागि यसलाई एक प्रमुख ऊर्जा स्रोतको रूपमा राखिएको छ।

फोटोभोल्टिक प्रविधिका प्रमुख घटकहरू
PV पावर उत्पादन प्रविधिको मुख्य घटक सौर्य PV सेल हो। सौर्य PV सेलहरूको विकासलाई तीन पुस्तामा वर्गीकृत गर्न सकिन्छ। पहिलो पुस्तामा सिलिकन-आधारित सौर्य कोषहरू हुन्छन्; दोस्रो पुस्तामा पातलो-फिल्म सौर्य कोषहरू समावेश छन्; र तेस्रो पुस्तामा उच्च-सांद्रता फोटोभोल्टिक (HCPV) कोषहरू, जैविक सौर्य कोषहरू, लचिलो सौर्य कोषहरू, र डाई-संवेदनशील सौर्य कोषहरू जस्ता नयाँ प्रविधिहरू समावेश छन्। हाल, सिलिकन-आधारित सौर्य कोषहरू बजारमा हावी छन्, जबकि पातलो-फिल्म कोषहरू बिस्तारै बजार हिस्सा प्राप्त गर्दैछन्। HCPV बाहेक धेरैजसो तेस्रो-पुस्ता कोषहरू अझै अनुसन्धान चरणमा छन्।

सिलिकन-आधारित सौर्य कोषहरू

सिलिकन-आधारित सौर्य कोषहरू मध्ये, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकन प्रविधि सबैभन्दा परिपक्व छ। यी कोषहरूको दक्षता र लागत मुख्यतया निर्माण प्रक्रियाबाट प्रभावित हुन्छ, जसमा इन्गट कास्टिङ, वेफर स्लाइसिङ, डिफ्यूजन, टेक्सचरिङ, स्क्रिन प्रिन्टिङ र सिन्टरिङ जस्ता चरणहरू समावेश छन्। यस परम्परागत प्रक्रिया मार्फत उत्पादित सौर्य कोषहरूले सामान्यतया १६-१८% को फोटोइलेक्ट्रिक रूपान्तरण दक्षता प्राप्त गर्छन्।

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकन सौर्य कोषहरूमा उच्चतम रूपान्तरण दक्षता हुन्छ तर तिनीहरू सबैभन्दा महँगो पनि हुन्छन्। पोलिक्रिस्टलाइन सिलिकन सौर्य कोषहरूले ठूलो उत्पादनको लागि उपयुक्त ठूला आकारका वर्गाकार सिलिकन इन्गटहरू सिधै उत्पादन गरेर राम्रो लागत घटाउने प्रस्ताव गर्छन्। यो प्रक्रिया सरल छ, शक्ति बचत गर्छ, सिलिकन सामग्रीको संरक्षण गर्छ, र कम सामग्री गुणस्तरको आवश्यकता पर्दछ।

सौर्य कोषहरूको लागत घटाउने दुई मुख्य रणनीतिहरू मार्फत हासिल गर्न सकिन्छ: सामग्रीको खपत घटाउनु (जस्तै, सिलिकन वेफर मोटाई घटाउनु) र रूपान्तरण दक्षता बढाउनु। दक्षता बढाउने तरिकाहरूमा प्रकाश अवशोषण बढाउनु (जस्तै, सतह बनावट, प्रतिबिम्ब विरोधी कोटिंग, अगाडिको इलेक्ट्रोड चौडाइ घटाउनु), फोटोजेनेरेटेड क्यारियरहरूको पुनर्संयोजन घटाउनु (जस्तै, उत्सर्जक निष्क्रियता), र प्रतिरोध न्यूनीकरण गर्नु (जस्तै, स्थानीयकृत डोपिङ, पछाडिको सतह क्षेत्र प्रविधि) समावेश छ।

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकन सौर्य कोषहरूको लागि रेकर्ड गरिएको उच्चतम रूपान्तरण दक्षता २४.७% छ, जुन न्यू साउथ वेल्स विश्वविद्यालयको PERL संरचना सौर्य कोषले हासिल गरेको छ। प्रमुख प्राविधिक विशेषताहरूमा सतह पुनर्संयोजन कम गर्न सिलिकन सतहमा कम फस्फोरस डोपिङ सांद्रता, राम्रो ओमिक सम्पर्कहरू बनाउन अगाडि र पछाडिको सतह इलेक्ट्रोडहरू मुनि उच्च-सांद्रता प्रसार, र अगाडिको सतह इलेक्ट्रोडहरूलाई साँघुरो गर्न फोटोलिथोग्राफीको प्रयोग, प्रकाश अवशोषण क्षेत्र बढाउँदै समावेश छ। यद्यपि, यो प्रविधि अझै औद्योगिकीकरण हुन बाँकी छ।

दक्षता सुधार गर्ने अन्य प्रविधिहरूमा बीपी सोलारको सतह ग्रुभ्ड टेक्सचर्ड सेलहरू र ब्याक-कन्ट्याक्ट (EWT) प्रविधि समावेश छन्। पहिलोले लेजर ग्रुभिङ मार्फत १८.३% को दक्षता प्राप्त गर्दछ, जसले अगाडिको इलेक्ट्रोडको चौडाइ घटाउँछ र प्रकाश अवशोषण बढाउँछ। पछिल्लोले अगाडिको इलेक्ट्रोडलाई पछाडि ल्याएर, प्रकाश-अवशोषित क्षेत्र बढाएर २१.३% को दक्षता प्राप्त गर्दछ।

पातलो-फिल्म सौर्य कोषहरू

क्रिस्टलीय सिलिकन सौर्य कोषहरू तिनीहरूको उच्च दक्षताका कारण हावी भए तापनि, सिलिकन सामग्रीको उच्च मूल्यको कारणले तिनीहरूको लागत उल्लेखनीय रूपमा घटाउनु चुनौतीपूर्ण छ। कम सामग्री प्रयोग गर्ने पातलो-फिल्म सौर्य कोषहरू लागत-प्रभावी विकल्पको रूपमा देखा परेका छन्। पातलो-फिल्म कोषहरूका मुख्य प्रकारहरूमा सिलिकन-आधारित पातलो-फिल्म कोषहरू, क्याडमियम टेलुराइड (CdTe) कोषहरू, र तामा इन्डियम ग्यालियम सेलेनाइड (CIGS) कोषहरू समावेश छन्।

सिलिकनमा आधारित पातलो-फिल्म कोषहरू केवल २ माइक्रोमिटर बाक्लो हुन्छन्, जसले क्रिस्टलीय सिलिकन कोषहरूको लागि आवश्यक सिलिकन सामग्रीको लगभग १.५% प्रयोग गर्दछ। PN जंक्शनहरूको संख्यामा निर्भर गर्दै, यी कोषहरू एकल-जंक्शन, डबल-जंक्शन, वा बहु-जंक्शन हुन सक्छन्, प्रत्येक सूर्यको प्रकाशको फरक तरंगदैर्ध्य अवशोषित गर्न सक्षम छन्। एकल-जंक्शन कोषहरूको लागि उच्चतम दक्षता लगभग ७% छ, जबकि डबल-जंक्शन कोषहरू १०% सम्म पुग्न सक्छन्।

CdTe पातलो-फिल्म कोषहरूले तिनीहरूको राम्रो प्रकाश अवशोषण गुणहरूको कारणले उच्च दक्षता (१२% सम्म) प्रदान गर्दछ। यद्यपि, क्याडमियमको कार्सिनोजेनिक प्रकृति र टेलुरियमको सीमित प्राकृतिक भण्डारले दीर्घकालीन विकास चुनौतीहरू खडा गर्दछ।

CIGS पातलो-फिल्म कोषहरूलाई उच्च-दक्षता पातलो-फिल्म प्रविधिको भविष्य मानिन्छ। उत्पादन प्रक्रिया समायोजन गरेर, तिनीहरूको प्रकाश अवशोषण सुधार गर्न सकिन्छ, जसले गर्दा उच्च रूपान्तरण दक्षता निम्त्याउँछ। हाल, प्रयोगशाला दक्षता २०.१% पुग्छ, जबकि व्यावसायिक उत्पादनहरूले १३-१४% प्राप्त गर्छन्, जसले गर्दा तिनीहरूलाई पातलो-फिल्म कोषहरूमध्ये सबैभन्दा कुशल बनाउँछ।

तेस्रो-पुस्ताका कोषहरू

सैद्धान्तिक रूपमा, तेस्रो-पुस्ताका कोषहरूले उच्च रूपान्तरण दक्षता हासिल गर्न सक्छन्। HCPV बाहेक, धेरैजसो अझै अनुसन्धान चरणमा छन्। HCPV कोषहरूले सामान्यतया III-V अर्धचालक सामग्रीहरू प्रयोग गर्छन्, जसमा उच्च ताप प्रतिरोध हुन्छ र उच्च रोशनीमा उच्च रूपान्तरण दक्षता कायम राख्छ। बहु-जंक्शन संरचनाहरूले यी कोषहरूलाई सौर्य स्पेक्ट्रमसँग नजिकबाट मिलाउन अनुमति दिन्छ, जसमा सैद्धान्तिक दक्षता ६८% सम्म हुन्छ। व्यावसायिक उत्पादनले ४०% भन्दा माथिको दक्षता हासिल गर्न सक्छ।

सौर्य कोषहरू मोड्युलहरूमा समेटिएका हुन्छन्, र तिनीहरूको प्रयोग तिनीहरूको विशेषताहरू र बजारको मागमा निर्भर गर्दछ। प्रारम्भिक अनुप्रयोगहरूमा सञ्चार आधार स्टेशनहरू र उपग्रहहरू समावेश थिए, पछि सौर्य छाना जस्ता आवासीय क्षेत्रहरूमा विस्तार भयो। यी परिदृश्यहरूमा, सीमित स्थापना क्षेत्रहरू र उच्च ऊर्जा घनत्वको आवश्यकताले क्रिस्टलीय सिलिकन मोड्युलहरूलाई प्राथमिकता दियो। ठूला-स्तरीय सौर्य ऊर्जा प्लान्टहरू र भवन-एकीकृत फोटोभोल्टाइक्स (BIPV) को विकाससँगै, लागत विचारहरूले पातलो-फिल्म सेल अनुप्रयोगहरू बढाएको छ। वातावरणीय र जलवायु परिस्थितिहरूले पनि विभिन्न प्रविधिहरू अपनाउने कुरालाई प्रभाव पार्छ।

सौर्य फोटोभोल्टिक प्रविधिको प्रयोग

सौर्य विकिरणलाई प्रयोगयोग्य बिजुलीमा रूपान्तरण गर्न पूर्ण सौर्य PV प्रणाली आवश्यक पर्दछ। सौर्य PV कोषहरूले यस प्रणालीको जग बनाउँछन्, जसमा इन्भर्टर, ब्याट्री, अनुगमन प्रणाली र वितरण प्रणालीहरू पनि समावेश छन्।

PV प्रणाली वर्गीकरण र संरचना

सौर्य PV प्रणालीहरूलाई अफ-ग्रिड वा ग्रिड-टाईडको रूपमा वर्गीकृत गरिएको छ। अफ-ग्रिड प्रणालीहरू स्ट्यान्डअलोन वा हाइब्रिड हुन सक्छन्।

स्ट्यान्डअलोन प्रणालीहरू सामान्यतया दुर्गम क्षेत्रहरू, सञ्चार आधार स्टेशनहरू, र सौर्य सडक बत्तीहरूमा प्रयोग गरिन्छ, जुन पूर्ण रूपमा सौर्य ऊर्जामा निर्भर हुन्छन्। तिनीहरूमा सौर्य मोड्युलहरू, इन्भर्टरहरू, नियन्त्रकहरू, ब्याट्रीहरू, वितरण प्रणालीहरू, र बिजुली सुरक्षा समावेश छन्। ब्याट्रीहरू र नियन्त्रकहरूले प्रणाली लागत र आयुमा उल्लेखनीय रूपमा प्रभाव पार्छन्। हाइब्रिड प्रणालीहरूले सौर्य ऊर्जालाई डिजेल जेनेरेटर वा हावा टर्बाइनहरू जस्ता अन्य स्रोतहरूसँग संयोजन गर्छन्।

सौर्य छाना र ठूला-स्तरीय PV पावर प्लान्टहरूको लागि सामान्यतया प्रयोग गरिने ग्रिड-टाइड प्रणालीहरूलाई भण्डारण उपकरणको आवश्यकता पर्दैन, जसले गर्दा लागत घट्छ। यी प्रणालीहरूमा सौर्य मोड्युलहरू, इन्भर्टरहरू, वितरण प्रणालीहरू, बिजुली सुरक्षा, र अनुगमन प्रणालीहरू समावेश छन्। हाल, ग्रिड-टाइड प्रणालीहरूले सबै सौर्य अनुप्रयोगहरूको ८०% हिस्सा ओगटेका छन्।

अन्य PV पावर उत्पादन प्रविधिहरू

सौर्य PV सेल प्रविधिको अतिरिक्त, इन्भर्टर प्रविधि, ग्रिड एकीकरण, भण्डारण, र बुद्धिमान अनुगमन PV पावर उत्पादन प्रणालीहरूको लागि महत्त्वपूर्ण छन्:

सौर्य सेलको उत्पादन शक्ति सौर्य विकिरणको तीव्रता अनुसार फरक हुन्छ, जसले गर्दा अन्तराल हुन्छ। ठूलो मात्रामा ग्रिड एकीकरणले ग्रिडलाई असर गर्न सक्छ, जसले गर्दा ग्रिड नियन्त्रण र टापु सुरक्षा आवश्यक हुन्छ।
सौर्य मोड्युलको आउटपुट प्रत्यक्ष प्रवाह (DC) हो, जसलाई इन्भर्टरहरू मार्फत उच्च-गुणस्तरको वैकल्पिक प्रवाह (AC) मा रूपान्तरण आवश्यक पर्दछ।
मोड्युल पावर आउटपुट तापक्रम र छायाँ, प्रणाली अनुगमन र अलार्म प्रणालीको आवश्यकता जस्ता कारकहरूले प्रभावित हुन सक्छ।
दुर्गम क्षेत्रहरूमा रहेका PV पावर प्लान्टहरूको लागि रिमोट कन्ट्रोल प्रविधि महत्त्वपूर्ण छ।
गुणस्तर र मापनको हिसाबले चीन सौर्य मोड्युल उत्पादनमा अग्रणी छ। उद्योग शृङ्खला भित्र उच्च नाफा हुने क्षेत्रहरूमा सिलिकन शुद्धीकरण, इन्भर्टर, अनुगमन प्रणाली, र PV उपकरण निर्माण समावेश छन्। यी प्रमुख क्षेत्रहरूमा सफलता हासिल गर्नु चीनको PV उद्योगको लागि चुनौती हो।

सौर्य पीभी ऊर्जा उत्पादनको वर्तमान स्थिति र भविष्यका सम्भावनाहरू