Бо пешрафтҳои технологӣ ва миқёси саноат, арзиши истеҳсоли нерӯи фотоэлектрикӣ (PV) коҳиш ёфта, онро ҳамчун манбаи муҳими энергия барои рушди устувор дар оянда ҷой медиҳад.
Ҷузъҳои асосии технологияи фотоэлектрикӣ
Ҷузъи асосии технологияи истеҳсоли нерӯи барқи фотоэлектрикӣ батареяи фотоэлектрикии офтобӣ мебошад. Таҳаввулоти батареяҳои фотоэлектрикии офтобиро метавон ба се насл тақсим кард. Насли аввал аз батареяҳои офтобии дар асоси кремний асосёфта иборат аст; насли дуюм батареяҳои офтобии плёнкаи тунукро дар бар мегирад; ва насли сеюм технологияҳои нав, аз қабили батареяҳои фотоэлектрикии консентратсияи баланд (HCPV), батареяҳои офтобии органикӣ, батареяҳои офтобии чандир ва батареяҳои офтобии ҳассос ба рангро дар бар мегирад. Дар айни замон, батареяҳои офтобии дар асоси кремний асосёфта дар бозор бартарӣ доранд, дар ҳоле ки батареяҳои плёнкаи тунук тадриҷан саҳми бозорро ба даст меоранд. Аксари батареяҳои насли сеюм, ба истиснои HCPV, ҳанӯз дар марҳилаи таҳқиқот қарор доранд.
Батареяҳои офтобии дар асоси кремний
Дар байни батареяҳои офтобии дар асоси кремний мавҷудбуда, технологияи кремнийи монокристаллӣ аз ҳама пешрафтатарин аст. Самаранокӣ ва арзиши ин батареяҳо асосан аз раванди истеҳсолӣ, ки марҳилаҳоеро ба монанди рехтани порча, буридани вафл, диффузия, текстурасозӣ, чопи экранӣ ва пухтани онро дар бар мегирад, таъсир мегирад. Батареяҳои офтобӣ, ки тавассути ин раванди анъанавӣ истеҳсол мешаванд, одатан самаранокии табдили фотоэлектрикии 16-18% -ро ба даст меоранд.
Батареяҳои офтобии силикони монокристаллӣ самаранокии баландтарини табдилдиҳиро доранд, аммо инчунин гаронтарин мебошанд. Батареяҳои офтобии силикони поликристаллӣ бо роҳи истеҳсоли мустақими резаҳои чоркунҷаи андозаи калон, ки барои истеҳсоли оммавӣ мувофиқанд, коҳиши хуби хароҷотро пешниҳод мекунанд. Ин раванд соддатар аст, энергияро сарфа мекунад, маводи силикониро сарфа мекунад ва сифати пасттари маводро талаб мекунад.
Кам кардани арзиши батареяҳои офтобӣ метавонад тавассути ду стратегияи асосӣ ба даст оварда шавад: кам кардани истеъмоли мавод (масалан, кам кардани ғафсии пластинаи кремний) ва баланд бардоштани самаранокии табдилдиҳӣ. Усулҳои баланд бардоштани самаранокӣ иборатанд аз зиёд кардани ҷабби нур (масалан, текстураи сатҳӣ, пӯшиши зиддиинъикосӣ, кам кардани паҳнои электроди пеш), кам кардани рекомбинатсияи интиқолдиҳандаҳои фотогенератсияшуда (масалан, пассиватсияи эмиттер) ва кам кардани муқовимат (масалан, допинги маҳаллӣ, технологияи майдони сатҳи қафо).
Баландтарин самаранокии табдили сабтшуда барои батареяҳои офтобии кремнийи монокристаллӣ 24,7% -ро ташкил медиҳад, ки онро батареяи офтобии сохтори PERL аз Донишгоҳи Ню Саут Уэлс ба даст овардааст. Хусусиятҳои асосии технологӣ иборатанд аз консентратсияи пасти допингкунии фосфор дар сатҳи кремний барои кам кардани рекомбинатсияи сатҳ, диффузияи консентратсияи баланд дар зери электродҳои сатҳҳои пеш ва қафо барои ташкили тамосҳои хуби омӣ ва истифодаи фотолитография барои танг кардани электродҳои сатҳҳои пеш, ки майдони ҷабби нурро зиёд мекунанд. Аммо, ин технология ҳанӯз саноатӣ нашудааст.
Усулҳои дигари баланд бардоштани самаранокӣ иборатанд аз ҳуҷайраҳои бофташудаи сатҳи чуқурчадор ва технологияи тамоси қафо (EWT). Усули аввалӣ тавассути чуқурчабандии лазерӣ самаранокии 18,3% -ро ба даст меорад, ки паҳнои электродҳои пешро кам мекунад ва ҷабби нурро зиёд мекунад. Усули дуюмӣ самаранокии 21,3% -ро бо роҳи ба қафо овардани электродҳои пеш ба қафо ба даст меорад ва майдони ҷабби нурро зиёд мекунад.
Ҳуҷайраҳои офтобии тунукпленка
Дар ҳоле ки батареяҳои офтобии кремнийи кристаллӣ аз сабаби самаранокии баланди худ бартарӣ доранд, коҳиш додани арзиши онҳо аз сабаби нархи баланди маводи кремний душвор аст. Батареяҳои офтобии плёнкаи тунук, ки аз маводи камтар истифода мебаранд, ҳамчун алтернативаи камхарҷ пайдо шудаанд. Намудҳои асосии ҳуҷайраҳои плёнкаи тунук иборатанд аз ҳуҷайраҳои плёнкаи тунуки дар асоси кремний, ҳуҷайраҳои теллуриди кадмий (CdTe) ва ҳуҷайраҳои селениди галлий индий (CIGS).
Ҳуҷайраҳои плёнкаи тунуки дар асоси кремний мавҷудбуда танҳо 2 микрометр ғафсӣ доранд ва тақрибан 1,5% маводи кремнийро, ки барои ҳуҷайраҳои кремнийи кристаллӣ зарур аст, истифода мебаранд. Вобаста аз шумораи пайвандҳои PN, ин ҳуҷайраҳо метавонанд як пайвандак, ду пайвандак ё бисёр пайвандак бошанд, ки ҳар кадоме қодиранд дарозии гуногуни мавҷҳои нури офтобро фурӯ баранд. Баландтарин самаранокии ҳуҷайраҳои як пайвандак тақрибан 7% аст, дар ҳоле ки ҳуҷайраҳои ду пайвандак метавонанд ба 10% расанд.
Ҳуҷайраҳои тунуки CdTe бо сабаби хосиятҳои хуби ҷабби нур самаранокии баландтар (то 12%) пешниҳод мекунанд. Аммо, хусусияти канцерогении кадмий ва захираҳои маҳдуди табиии теллур мушкилоти дарозмуддати рушдро ба вуҷуд меоранд.
Ҳуҷайраҳои тунуки CIGS ояндаи технологияи тунуки баландсифат ҳисобида мешаванд. Бо танзими раванди истеҳсолӣ, ҷабби нури онҳоро беҳтар кардан мумкин аст, ки ба самаранокии баланди табдилдиҳӣ оварда мерасонад. Дар айни замон, самаранокии лабораторӣ ба 20,1% мерасад, дар ҳоле ки маҳсулоти тиҷоратӣ ба 13-14% мерасад, ки онҳоро дар байни ҳуҷайраҳои тунуки тунук самараноктарин мегардонад.
Ҳуҷайраҳои насли сеюм
Аз нигоҳи назариявӣ, ҳуҷайраҳои насли сеюм метавонанд самаранокии баланди табдилдиҳиро ба даст оранд. Ба истиснои HCPV, аксари онҳо ҳанӯз дар марҳилаи таҳқиқот қарор доранд. Ҳуҷайраҳои HCPV одатан аз маводҳои нимноқилии III-V истифода мебаранд, ки муқовимати гармии баландтар доранд ва самаранокии баланди табдилдиҳиро дар зери равшании баланд нигоҳ медоранд. Сохторҳои бисёрпайвандӣ ба ин ҳуҷайраҳо имкон медиҳанд, ки бо спектри офтобӣ наздик мувофиқат кунанд ва самаранокии назариявӣ то 68% аст. Истеҳсоли тиҷоратӣ метавонад самаранокии аз 40% зиёдро ба даст орад.
Батареяҳои офтобӣ дар модулҳо ҷойгир карда мешаванд ва татбиқи онҳо аз хусусиятҳо ва талаботи бозор вобаста аст. Истифодаи аввалия истгоҳҳои асосии алоқа ва моҳвораҳоро дар бар мегирифт, ки баъдтар ба минтақаҳои истиқоматӣ, ба монанди бомҳои офтобӣ, паҳн мешуданд. Дар ин сенарияҳо, минтақаҳои маҳдуди насб ва ниёзҳои баланди зичии энергия модулҳои кремнийи кристаллиро афзалтар медонистанд. Бо рушди нерӯгоҳҳои калонҳаҷми барқи офтобӣ ва фотоэлектрикҳои дар биноҳо муттаҳидшуда (BIPV), мулоҳизаҳои хароҷот боиси афзоиши истифодаи батареяҳои тунук дар плёнка гардиданд. Шароити экологӣ ва иқлимӣ низ ба қабули технологияҳои гуногун таъсир мерасонанд.
Истифодаи технологияи фотоэлектрикии офтобӣ
Табдил додани радиатсияи офтобӣ ба нерӯи барқи қобили истифода як системаи пурраи фотоэлектрикии офтобиро талаб мекунад. Ҳуҷайраҳои фотоэлектрикии офтобӣ асоси ин системаро ташкил медиҳанд, ки инчунин инвертерҳо, батареяҳо, системаҳои назорат ва системаҳои тақсимкуниро дар бар мегиранд.
Тасниф ва таркиби системаи фотоэлектрикӣ
Системаҳои фотоэлектрикии офтобӣ ҳамчун берун аз шабака ё пайваст ба шабака тасниф карда мешаванд. Системаҳои берун аз шабака метавонанд мустақил ё гибридӣ бошанд.
Системаҳои мустақил одатан дар минтақаҳои дурдаст, истгоҳҳои пойгоҳии алоқа ва чароғҳои кӯчаҳои офтобӣ истифода мешаванд ва пурра ба энергияи офтоб такя мекунанд. Онҳо модулҳои офтобӣ, инвертерҳо, контроллерҳо, батареяҳо, системаҳои тақсимот ва муҳофизати барқро дар бар мегиранд. Батареяҳо ва контроллерҳо ба арзиши система ва мӯҳлати кори онҳо таъсири назаррас мерасонанд. Системаҳои гибридӣ энергияи офтобро бо дигар манбаъҳо, ба монанди генераторҳои дизелӣ ё турбинаҳои бодӣ муттаҳид мекунанд.
Системаҳои пайвастшуда ба шабака, ки маъмулан барои бомҳои офтобӣ ва нерӯгоҳҳои барқии фотоэлектрикии миқёси калон истифода мешаванд, ба таҷҳизоти нигоҳдорӣ ниёз надоранд, ки хароҷотро кам мекунад. Ин системаҳо модулҳои офтобӣ, инвертерҳо, системаҳои тақсимот, муҳофизат аз барқ ва системаҳои назоратро дар бар мегиранд. Дар айни замон, системаҳои пайвастшуда ба шабака 80% ҳамаи барномаҳои офтобиро ташкил медиҳанд.
Технологияҳои дигари истеҳсоли нерӯи барқи фотоэлектрикӣ
Илова бар технологияи батареяҳои офтобии PV, технологияи инвертер, ҳамгироии шабака, нигоҳдорӣ ва мониторинги интеллектуалӣ барои системаҳои истеҳсоли нерӯи барқи PV муҳиманд:
Қувваи истеҳсоли батареяҳои офтобӣ вобаста ба шиддати радиатсияи офтобӣ фарқ мекунад, ки боиси нобаробарӣ мегардад. Ҳамгироии шабакаи калонмиқёс метавонад ба шабака таъсир расонад ва назорати шабака ва ҳифзи ҷазираҳоро муҳим гардонад.
Баромади модули офтобӣ ҷараёни мустақим (DC) аст, ки табдили босифатро ба ҷараёни тағйирёбанда (AC) тавассути инвертерҳо талаб мекунад.
Қувваи баромади модул метавонад аз омилҳо ба монанди ҳарорат ва соя таъсир расонад, ки назорати система ва системаҳои ҳушдорро талаб мекунанд.
Технологияи идоракунии дурдаст барои нерӯгоҳҳои барқии фотоэлектрикӣ дар минтақаҳои дурдаст муҳим аст.
Чин аз ҷиҳати сифат ва миқёс дар истеҳсоли модулҳои офтобӣ пешсаф аст. Соҳаҳои сердаромад дар занҷири саноат тозакунии кремний, инвертерҳо, системаҳои назорат ва истеҳсоли таҷҳизоти фотоэлектрикӣ мебошанд. Ноил шудан ба ин самтҳои калидӣ барои саноати фотоэлектрикии Чин як мушкили ҷиддӣ аст.
Ҳолати кунунӣ ва дурнамои ояндаи истеҳсоли нерӯи барқи офтобӣ бо фотоэлектрикҳо
Аз сабаби хароҷоти баланд, истеҳсоли нерӯи офтобии фотоэлектрикӣ то охири асри гузашта рушди васеъ надошт. Бо ворид шудан ба асри 21, бо баланд шудани самаранокӣ ва коҳиши босуръати хароҷот, истеҳсоли нерӯи офтобии фотоэлектрикӣ рушди босуръатро аз сар гузаронидааст ва иқтидори насбшуда ҳамасола афзоиш ёфтааст. Иқтидори насбшудаи солонаи ҷаҳонӣ аз 1,4 ГВт дар соли 2000 то 22,8 ГВт дар соли 2009 афзоиш ёфт. Кишварҳои аврупоӣ ба монанди Олмон, Италия ва Испания бозорҳои асосӣ мебошанд ва ИА нақша дорад, ки то соли 2020 саҳми нерӯи офтобиро то 12% дар таъминоти умумии нерӯи барқ зиёд кунад. Кишварҳои рӯ ба инкишоф ба монанди Чин ва Ҳиндустон низ нақшаҳои рушди нерӯи офтобиро оғоз кардаанд. Ғайр аз истгоҳҳои асосии алоқа, бомҳои офтобӣ ва нерӯгоҳҳои барқии фотоэлектрикӣ, истеҳсоли нерӯи офтобии фотоэлектрикӣ ҳоло дар дастгоҳҳои гуногуни мобилӣ васеъ истифода мешавад.
Ҳамчун манбаи иловагии энергия ва алтернативӣ, технологияи фотоэлектрикии офтобӣ босуръат рушд мекунад ва хароҷоти истеҳсоли он коҳиш меёбад. Бо пешрафтҳои пайвастаи технологӣ, энергияи офтобӣ, ҳамчун захираи тоза ва барқароршаванда, барои рушди устувор ба манбаи калидии энергия табдил меёбад.
