Pag-unlad ng Teknolohiyang Solar Photovoltaic

Kasabay ng mga pagsulong sa teknolohiya at paglawak ng industriya, patuloy na bumababa ang gastos ng photovoltaic (PV) power generation, na nagpoposisyon dito bilang isang mahalagang mapagkukunan ng enerhiya para sa napapanatiling pag-unlad sa hinaharap.

Mga Pangunahing Bahagi ng Teknolohiyang Photovoltaic
Ang pangunahing bahagi ng teknolohiya sa pagbuo ng kuryente ng PV ay ang solar PV cell. Ang ebolusyon ng mga solar PV cell ay maaaring ikategorya sa tatlong henerasyon. Ang unang henerasyon ay binubuo ng mga silicon-based solar cell; ang pangalawang henerasyon ay kinabibilangan ng mga thin-film solar cell; at ang ikatlong henerasyon ay sumasaklaw sa mga bagong teknolohiya tulad ng mga high-concentration photovoltaic (HCPV) cell, organic solar cell, flexible solar cell, at dye-sensitized solar cell. Sa kasalukuyan, ang mga silicon-based solar cell ang nangingibabaw sa merkado, habang ang mga thin-film cell ay unti-unting nakakakuha ng bahagi sa merkado. Karamihan sa mga third-generation cell, maliban sa HCPV, ay nasa yugto pa rin ng pananaliksik.

Mga Solar Cell na Batay sa Silicon

Sa mga solar cell na nakabase sa silicon, ang teknolohiyang monocrystalline silicon ang pinaka-mature. Ang kahusayan at gastos ng mga cell na ito ay pangunahing naiimpluwensyahan ng proseso ng paggawa, na kinabibilangan ng mga hakbang tulad ng ingot casting, wafer slicing, diffusion, texturing, screen printing, at sintering. Ang mga solar cell na nalilikha sa pamamagitan ng kumbensyonal na prosesong ito ay karaniwang nakakamit ng photoelectric conversion efficiency na 16-18%.

Ang mga monocrystalline silicon solar cell ay may pinakamataas na conversion efficiency ngunit sila rin ang pinakamahal. Ang mga polycrystalline silicon solar cell ay nag-aalok ng mahusay na pagbawas ng gastos sa pamamagitan ng direktang paggawa ng malalaking parisukat na silicon ingot na angkop para sa malawakang produksyon. Ang prosesong ito ay mas simple, nakakatipid ng kuryente, nakakatipid ng materyal na silicon, at nangangailangan ng mas mababang kalidad ng materyal.

Ang pagbabawas ng gastos ng mga solar cell ay maaaring makamit sa pamamagitan ng dalawang pangunahing estratehiya: pagbabawas ng pagkonsumo ng materyal (hal., pagbabawas ng kapal ng silicon wafer) at pagpapataas ng kahusayan sa conversion. Kabilang sa mga paraan upang mapahusay ang kahusayan ang pagpapataas ng pagsipsip ng liwanag (hal., surface texturing, anti-reflective coating, pagbabawas ng lapad ng front electrode), pagbabawas ng recombination ng mga photogenerated carrier (hal., emitter passivation), at pagliit ng resistensya (hal., localized doping, back surface field technology).

Ang pinakamataas na naitalang conversion efficiency para sa mga monocrystalline silicon solar cell ay 24.7%, na nakamit ng PERL structure solar cell mula sa University of New South Wales. Kabilang sa mga pangunahing teknolohikal na katangian ang mababang konsentrasyon ng phosphorus doping sa ibabaw ng silicon upang mabawasan ang surface recombination, high-concentration diffusion sa ilalim ng front at rear surface electrodes upang bumuo ng magagandang ohmic contacts, at ang paggamit ng photolithography upang paliitin ang front surface electrodes, na nagpapataas sa light absorption area. Gayunpaman, ang teknolohiyang ito ay hindi pa naiindustriyalisa.

Ang iba pang mga pamamaraan upang mapabuti ang kahusayan ay kinabibilangan ng mga surface grooved textured cells at back-contact (EWT) technology ng BP Solar. Ang una ay nakakamit ng kahusayan na 18.3% sa pamamagitan ng laser grooving, na binabawasan ang lapad ng mga front electrodes at pinapataas ang pagsipsip ng liwanag. Ang huli ay nakakamit ng kahusayan na 21.3% sa pamamagitan ng pagdadala ng mga front electrodes sa likuran, na nagpapataas ng light-absorbing area.

Mga Manipis na Solar Cell

Bagama't nangingibabaw ang mga crystalline silicon solar cell dahil sa kanilang mataas na kahusayan, ang pagbabawas ng kanilang gastos nang malaki ay isang hamon dahil sa mataas na presyo ng materyal na silicon. Ang mga thin-film solar cell, na gumagamit ng mas kaunting materyal, ay lumitaw bilang isang alternatibong matipid. Ang mga pangunahing uri ng thin-film cell ay kinabibilangan ng mga silicon-based thin-film cell, cadmium telluride (CdTe) cell, at copper indium gallium selenide (CIGS) cell.

Ang mga silicon-based thin-film cell ay 2 micrometers lamang ang kapal, na gumagamit ng humigit-kumulang 1.5% ng materyal na silicon na kinakailangan para sa mga crystalline silicon cell. Depende sa bilang ng mga PN junction, ang mga cell na ito ay maaaring single-junction, double-junction, o multi-junction, na bawat isa ay may kakayahang sumipsip ng iba't ibang wavelength ng sikat ng araw. Ang pinakamataas na kahusayan para sa mga single-junction cell ay nasa humigit-kumulang 7%, habang ang mga double-junction cell ay maaaring umabot sa 10%.

Ang mga CdTe thin-film cell ay nag-aalok ng mas mataas na kahusayan (hanggang 12%) dahil sa kanilang mahusay na mga katangian ng pagsipsip ng liwanag. Gayunpaman, ang carcinogenic na katangian ng cadmium at ang limitadong natural na reserba ng tellurium ay nagdudulot ng mga pangmatagalang hamon sa pag-unlad.

Ang mga CIGS thin-film cell ay itinuturing na kinabukasan ng high-efficiency thin-film technology. Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng proseso ng pagmamanupaktura, mapapabuti ang kanilang pagsipsip ng liwanag, na hahantong sa mas mataas na kahusayan sa conversion. Sa kasalukuyan, ang kahusayan sa laboratoryo ay umaabot sa 20.1%, habang ang mga komersyal na produkto ay umaabot sa 13-14%, na ginagawa silang pinakaepektibo sa mga thin-film cell.

Mga Selula ng Ikatlong Henerasyon

Sa teorya, ang mga third-generation cell ay maaaring makamit ang mataas na conversion efficiency. Maliban sa HCPV, karamihan ay nasa yugto pa rin ng pananaliksik. Ang mga HCPV cell ay karaniwang gumagamit ng mga III-V semiconductor material, na may mas mataas na heat resistance at nagpapanatili ng mataas na conversion efficiency sa ilalim ng mataas na illumination. Ang mga multi-junction structure ay nagbibigay-daan sa mga cell na ito na tumugma nang malapit sa solar spectrum, na may teoretikal na efficiency na hanggang 68%. Ang komersyal na produksyon ay maaaring makamit ang efficiency na higit sa 40%.

Ang mga solar cell ay nakapaloob sa mga module, at ang kanilang mga aplikasyon ay nakadepende sa kanilang mga katangian at pangangailangan sa merkado. Kasama sa mga unang aplikasyon ang mga communication base station at satellite, na kalaunan ay lumawak sa mga residential area tulad ng mga solar rooftop. Sa mga sitwasyong ito, ang limitadong lugar ng pag-install at mataas na pangangailangan sa energy density ang nagpabor sa mga crystalline silicon module. Sa pag-unlad ng mga malalaking solar power plant at building-integrated photovoltaics (BIPV), ang mga pagsasaalang-alang sa gastos ay humantong sa pagtaas ng mga aplikasyon ng thin-film cell. Ang mga kondisyon sa kapaligiran at klima ay nakakaimpluwensya rin sa pag-aampon ng iba't ibang teknolohiya.

Mga Aplikasyon ng Teknolohiyang Solar Photovoltaic

Ang pag-convert ng solar radiation sa magagamit na kuryente ay nangangailangan ng isang kumpletong solar PV system. Ang mga solar PV cell ang bumubuo sa pundasyon ng sistemang ito, na kinabibilangan din ng mga inverter, baterya, sistema ng pagsubaybay, at mga sistema ng distribusyon.

Klasipikasyon at Komposisyon ng Sistema ng PV

Ang mga solar PV system ay inuuri bilang off-grid o grid-tied. Ang mga off-grid system ay maaaring standalone o hybrid.

Karaniwang ginagamit ang mga standalone system sa mga liblib na lugar, mga communication base station, at mga solar streetlight, na lubos na umaasa sa solar energy. Kabilang dito ang mga solar module, inverter, controller, baterya, distribution system, at lightning protection. Malaki ang epekto ng mga baterya at controller sa gastos at habang-buhay ng sistema. Pinagsasama ng mga hybrid system ang solar energy sa iba pang mga pinagkukunan tulad ng mga diesel generator o wind turbine.

Ang mga grid-tied system, na karaniwang ginagamit para sa mga solar rooftop at malalaking PV power plant, ay hindi nangangailangan ng kagamitan sa pag-iimbak, kaya nakakabawas ito sa mga gastos. Kabilang sa mga sistemang ito ang mga solar module, inverter, distribution system, lightning protection, at monitoring system. Sa kasalukuyan, ang mga grid-tied system ay bumubuo sa 80% ng lahat ng aplikasyon ng solar.

Iba pang mga Teknolohiya sa Paglikha ng Enerhiya ng PV

Bukod sa teknolohiya ng solar PV cell, ang teknolohiya ng inverter, grid integration, storage, at intelligent monitoring ay mahalaga para sa mga PV power generation system:

Ang lakas ng output ng solar cell ay nag-iiba depende sa tindi ng solar radiation, na nagdudulot ng intermittency. Ang malawakang integrasyon ng grid ay maaaring makaapekto sa grid, kaya mahalaga ang pagkontrol sa grid at proteksyon sa pag-isla.
Ang output ng solar module ay direct current (DC), na nangangailangan ng mataas na kalidad na conversion sa alternating current (AC) sa pamamagitan ng mga inverter.
Ang output ng kuryente ng modyul ay maaaring maapektuhan ng mga salik tulad ng temperatura at pagtatabing, na nangangailangan ng pagsubaybay sa sistema at mga sistema ng alarma.
Mahalaga ang teknolohiyang remote control para sa mga PV power plant sa mga liblib na lugar.
Nangunguna ang Tsina sa produksyon ng solar module sa mga tuntunin ng kalidad at laki. Kabilang sa mga larangang kumikita sa loob ng kadena ng industriya ang silicon purification, mga inverter, mga sistema ng pagsubaybay, at paggawa ng kagamitan sa PV. Ang pagkamit ng mga tagumpay sa mga pangunahing larangang ito ay isang hamon para sa industriya ng PV ng Tsina.

Kasalukuyang Katayuan at Mga Inaasahan sa Hinaharap ng Solar PV Power Generation