Me përparimet teknologjike dhe shkallëzimin e industrisë, kostoja e gjenerimit të energjisë fotovoltaike (PV) vazhdon të ulet, duke e pozicionuar atë si një burim të rëndësishëm energjie për zhvillim të qëndrueshëm në të ardhmen.
Komponentët kryesorë të teknologjisë fotovoltaike
Komponenti kryesor i teknologjisë së gjenerimit të energjisë fotovoltaike është qeliza diellore fotovoltaike. Evolucioni i qelizave diellore fotovoltaike mund të kategorizohet në tre breza. Gjenerata e parë përbëhet nga qelizat diellore me bazë silikoni; gjenerata e dytë përfshin qelizat diellore me film të hollë; dhe gjenerata e tretë përfshin teknologji të reja si qelizat fotovoltaike me përqendrim të lartë (HCPV), qelizat diellore organike, qelizat diellore fleksibile dhe qelizat diellore të ndjeshme ndaj ngjyrave. Aktualisht, qelizat diellore me bazë silikoni dominojnë tregun, ndërsa qelizat me film të hollë po fitojnë gradualisht pjesë të tregut. Shumica e qelizave të gjeneratës së tretë, përveç HCPV, janë ende në fazën e kërkimit.
Qeliza diellore me bazë silikoni
Midis qelizave diellore me bazë silikoni, teknologjia e silikonit monokristalin është më e zhvilluara. Efikasiteti dhe kostoja e këtyre qelizave ndikohen kryesisht nga procesi i prodhimit, i cili përfshin hapa të tillë si derdhja e lingotave, prerja e pllakave, difuzioni, teksturimi, shtypja me ekran dhe sinterimi. Qelizat diellore të prodhuara përmes këtij procesi konvencional zakonisht arrijnë një efikasitet të konvertimit fotoelektrik prej 16-18%.
Qelizat diellore të silikonit monokristalin kanë efikasitetin më të lartë të konvertimit, por janë edhe më të shtrenjtat. Qelizat diellore të silikonit polikristalin ofrojnë një ulje të mirë të kostos duke prodhuar drejtpërdrejt lingota katrore të silikonit me përmasa të mëdha, të përshtatshme për prodhim masiv. Ky proces është më i thjeshtë, kursen energji, ruan materialin e silikonit dhe kërkon cilësi më të ulët të materialit.
Ulja e kostos së qelizave diellore mund të arrihet nëpërmjet dy strategjive kryesore: uljes së konsumit të materialit (p.sh., uljes së trashësisë së pllakës së silikonit) dhe rritjes së efikasitetit të konvertimit. Metodat për të rritur efikasitetin përfshijnë rritjen e thithjes së dritës (p.sh., teksturimi i sipërfaqes, veshja anti-reflektuese, zvogëlimi i gjerësisë së elektrodës së përparme), uljen e rikombinimit të bartësve të fotogjeneruar (p.sh., pasivizimi i emetuesit) dhe minimizimin e rezistencës (p.sh., dopingu i lokalizuar, teknologjia e fushës së sipërfaqes së prapme).
Efikasiteti më i lartë i regjistruar i konvertimit për qelizat diellore të silikonit monokristalin është 24.7%, i arritur nga qeliza diellore me strukturë PERL nga Universiteti i Uellsit të Ri Jugor. Karakteristikat kryesore teknologjike përfshijnë përqendrim të ulët të dopingut të fosforit në sipërfaqen e silikonit për të zvogëluar rekombinimin sipërfaqësor, difuzion me përqendrim të lartë nën elektrodat e sipërfaqes së përparme dhe të pasme për të formuar kontakte të mira omike, dhe përdorimin e fotolitografisë për të ngushtuar elektrodat e sipërfaqes së përparme, duke rritur zonën e thithjes së dritës. Megjithatë, kjo teknologji ende nuk është industrializuar.
Teknika të tjera për të përmirësuar efikasitetin përfshijnë qelizat me teksturë të kanalizuara sipërfaqësore të BP Solar dhe teknologjinë e kontaktit prapa (EWT). E para arrin një efikasitet prej 18.3% përmes kanalizimit me lazer, i cili zvogëlon gjerësinë e elektrodave të përparme dhe rrit thithjen e dritës. E dyta arrin një efikasitet prej 21.3% duke i sjellë elektrodat e përparme prapa, duke rritur zonën thithëse të dritës.
Qeliza diellore me film të hollë
Ndërsa qelizat diellore prej silikoni kristalor dominojnë për shkak të efikasitetit të tyre të lartë, ulja e ndjeshme e kostos së tyre është sfiduese për shkak të çmimit të lartë të materialit të silikonit. Qelizat diellore me film të hollë, të cilat përdorin më pak material, janë shfaqur si një alternativë me kosto efektive. Llojet kryesore të qelizave me film të hollë përfshijnë qelizat me film të hollë me bazë silikoni, qelizat kadmium-teluridi (CdTe) dhe qelizat bakri-indium-galium-selenidi (CIGS).
Qelizat me film të hollë me bazë silikoni janë vetëm 2 mikrometra të trasha, duke përdorur rreth 1.5% të materialit të silikonit të nevojshëm për qelizat e silikonit kristalor. Në varësi të numrit të kryqëzimeve PN, këto qeliza mund të jenë me një kryqëzim, me dy kryqëzime ose me shumë kryqëzime, secila e aftë të thithë gjatësi vale të ndryshme të dritës së diellit. Efikasiteti më i lartë për qelizat me një kryqëzim është rreth 7%, ndërsa qelizat me dy kryqëzime mund të arrijnë 10%.
Qelizat me film të hollë CdTe ofrojnë efikasitet më të lartë (deri në 12%) për shkak të vetive të tyre të mira të thithjes së dritës. Megjithatë, natyra kancerogjene e kadmiumit dhe rezervat e kufizuara natyrore të telurit paraqesin sfida afatgjata të zhvillimit.
Qelizat CIGS me film të hollë konsiderohen e ardhmja e teknologjisë së filmit të hollë me efikasitet të lartë. Duke rregulluar procesin e prodhimit, thithja e dritës së tyre mund të përmirësohet, duke çuar në efikasitete më të larta të konvertimit. Aktualisht, efikasitetet laboratorike arrijnë në 20.1%, ndërsa produktet komerciale arrijnë 13-14%, duke i bërë ato më efikaset midis qelizave me film të hollë.
Qelizat e Gjeneratës së Tretë
Teorikisht, qelizat e gjeneratës së tretë mund të arrijnë efikasitete të larta konvertimi. Me përjashtim të HCPV, shumica janë ende në fazën e kërkimit. Qelizat HCPV zakonisht përdorin materiale gjysmëpërçuese III-V, të cilat kanë rezistencë më të lartë ndaj nxehtësisë dhe ruajnë efikasitet të lartë konvertimi nën ndriçim të lartë. Strukturat me shumë kryqëzime u lejojnë këtyre qelizave të përputhen ngushtë me spektrin diellor, me efikasitete teorike deri në 68%. Prodhimi komercial mund të arrijë efikasitete mbi 40%.
Qelizat diellore janë të kapsuluara në module, dhe zbatimet e tyre varen nga karakteristikat dhe kërkesat e tyre të tregut. Zbatimet e hershme përfshinin stacionet bazë të komunikimit dhe satelitët, duke u zgjeruar më vonë në zonat e banimit si çatitë diellore. Në këto skenarë, zonat e kufizuara të instalimit dhe nevojat për dendësi të lartë të energjisë favorizonin modulet e silikonit kristalor. Me zhvillimin e centraleve diellore në shkallë të gjerë dhe fotovoltaikëve të integruar në ndërtesa (BIPV), konsideratat e kostos kanë çuar në rritjen e zbatimeve të qelizave me film të hollë. Kushtet mjedisore dhe klimatike ndikojnë gjithashtu në miratimin e teknologjive të ndryshme.
Zbatimet e Teknologjisë Diellore Fotovoltaike
Konvertimi i rrezatimit diellor në energji elektrike të përdorshme kërkon një sistem të plotë fotovoltaik diellor. Qelizat fotovoltaike diellore formojnë themelin e këtij sistemi, i cili përfshin gjithashtu invertorë, bateri, sisteme monitorimi dhe sisteme shpërndarjeje.
Klasifikimi dhe Përbërja e Sistemit Fotovoltaik
Sistemet diellore fotovoltaike klasifikohen si jashtë rrjetit ose të lidhura me rrjetin. Sistemet jashtë rrjetit mund të jenë të pavarura ose hibride.
Sistemet e pavarura përdoren zakonisht në zona të largëta, në stacione bazë komunikimi dhe në ndriçim diellor të rrugëve, duke u mbështetur tërësisht në energjinë diellore. Ato përfshijnë module diellore, invertorë, kontrollues, bateri, sisteme shpërndarjeje dhe mbrojtje nga rrufeja. Bateritë dhe kontrolluesit ndikojnë ndjeshëm në koston dhe jetëgjatësinë e sistemit. Sistemet hibride kombinojnë energjinë diellore me burime të tjera si gjeneratorët me naftë ose turbinat me erë.
Sistemet e lidhura me rrjetin, të përdorura zakonisht për çatitë diellore dhe centralet fotovoltaike në shkallë të gjerë, nuk kërkojnë pajisje magazinimi, duke ulur kostot. Këto sisteme përfshijnë module diellore, invertorë, sisteme shpërndarjeje, mbrojtje nga rrufeja dhe sisteme monitorimi. Aktualisht, sistemet e lidhura me rrjetin përbëjnë 80% të të gjitha aplikimeve diellore.
Teknologji të tjera të gjenerimit të energjisë fotovoltaike
Përveç teknologjisë së qelizave fotovoltaike diellore, teknologjia e inverterit, integrimi në rrjet, ruajtja dhe monitorimi inteligjent janë thelbësore për sistemet e gjenerimit të energjisë fotovoltaike:
Fuqia dalëse e qelizave diellore ndryshon me intensitetin e rrezatimit diellor, duke shkaktuar ndërprerje. Integrimi në shkallë të gjerë i rrjetit mund të ndikojë në rrjet, duke e bërë thelbësor kontrollin e rrjetit dhe mbrojtjen nga izolimi.
Prodhimi i modulit diellor është rrymë e vazhdueshme (DC), që kërkon konvertim me cilësi të lartë në rrymë alternative (AC) nëpërmjet invertorëve.
Prodhimi i energjisë së modulit mund të ndikohet nga faktorë si temperatura dhe hija, duke bërë të nevojshme monitorimin e sistemit dhe sistemet e alarmit.
Teknologjia e kontrollit në distancë është jetike për termocentralet fotovoltaike në zona të largëta.
Kina kryeson në prodhimin e moduleve diellore për sa i përket cilësisë dhe shkallës. Fushat me fitim të lartë brenda zinxhirit të industrisë përfshijnë pastrimin e silikonit, invertorët, sistemet e monitorimit dhe prodhimin e pajisjeve fotovoltaike. Arritja e përparimeve në këto fusha kyçe është një sfidë për industrinë fotovoltaike të Kinës.
Statusi aktual dhe perspektivat e ardhshme të gjenerimit të energjisë diellore fotovoltaike
Për shkak të kostove të larta, gjenerimi i energjisë diellore fotovoltaike nuk pati zhvillim në shkallë të gjerë deri në fund të shekullit të kaluar. Duke hyrë në shekullin e 21-të, me efikasitet të përmirësuar dhe kosto në rënie të shpejtë, gjenerimi i energjisë diellore fotovoltaike ka përjetuar rritje të shpejtë, me kapacitet të instaluar që rritet çdo vit. Kapaciteti vjetor i instaluar global u rrit nga 1.4 GW në vitin 2000 në 22.8 GW në vitin 2009. Vendet evropiane si Gjermania, Italia dhe Spanja janë tregje të mëdha, me BE-në që planifikon të rrisë pjesën e energjisë diellore në 12% të furnizimit total me energji elektrike deri në vitin 2020. Vendet në zhvillim si Kina dhe India kanë nisur gjithashtu plane zhvillimi për energjinë diellore. Përtej stacioneve bazë të komunikimit, çative diellore dhe centraleve fotovoltaike, gjenerimi i energjisë diellore fotovoltaike tani përdoret gjerësisht në pajisje të ndryshme mobile.
Si një burim energjie plotësues dhe alternativ, teknologjia fotovoltaike diellore po zhvillohet me shpejtësi, me ulje të kostove të gjenerimit. Me përparimet e vazhdueshme teknologjike, energjia diellore, si një burim i pastër dhe i rinovueshëm, është gati të bëhet një burim kyç energjie për zhvillim të qëndrueshëm.
