Технологик алгарыш һәм сәнәгать масштабы арту белән фотоэлектрик (ФЭ) энергия җитештерү бәясе кими бара, бу аны киләчәктә тотрыклы үсеш өчен төп энергия чыганагы итеп куя.
Фотоэлектрик технологиянең төп компонентлары
Фотоэлектрик энергия җитештерү технологиясенең төп компоненты - кояш фотоэлектрик элементы. Кояш фотоэлектрик элементларының эволюциясен өч буынга бүлеп карарга мөмкин. Беренче буын кремний нигезендәге кояш элементларыннан тора; икенче буын юка пленкалы кояш элементларын үз эченә ала; ә өченче буын югары концентрацияле фотоэлектрик (HCPV) элементлар, органик кояш элементлары, сыгылмалы кояш элементлары һәм буяуга сизгер кояш элементлары кебек яңа технологияләрне үз эченә ала. Хәзерге вакытта кремний нигезендәге кояш элементлары базарда өстенлек итә, ә юка пленкалы элементлар базар өлешен акрынлап яулый. HCPVдан кала, өченче буын элементларының күбесе әле тикшеренү этабында.
Кремний нигезендәге кояш батареялары
Кремний нигезендәге кояш батареялары арасында монокристалл кремний технологиясе иң өлгергән технология булып тора. Бу батареяларның нәтиҗәлелеге һәм бәясе, нигездә, җитештерү процессына бәйле, ул коелма кою, пластина кисү, диффузия, текстуралаштыру, трафарет бастыру һәм блендерлау кебек этапларны үз эченә ала. Бу гадәти процесс аша җитештерелгән кояш батареялары гадәттә 16-18% фотоэлектрик конверсия нәтиҗәлелегенә ирешә.
Монокристалл кремний кояш батареялары иң югары конверсия нәтиҗәлелегенә ия, ләкин шул ук вакытта иң кыйммәт. Поликристалл кремний кояш батареялары күпләп җитештерү өчен яраклы зур зурлыктагы квадрат кремний коелмаларын турыдан-туры җитештерү аркасында чыгымнарны яхшы киметә. Бу процесс гадирәк, энергияне экономияли, кремний материалын саклый һәм түбәнрәк сыйфатлы материал таләп итә.
Кояш батареяларының бәясен киметүгә ике төп стратегия ярдәмендә ирешергә мөмкин: материал куллануны киметү (мәсәлән, кремний пластинасы калынлыгын киметү) һәм конверсия нәтиҗәлелеген арттыру. Нәтиҗәлелекне арттыру ысулларына яктылык сеңдерүен арттыру (мәсәлән, өслек текстурасы, чагылышка каршы каплау, алгы электрод киңлеген киметү), фотогенерацияләнгән ташучыларның рекомбинациясен киметү (мәсәлән, эмиттер пассивациясе) һәм каршылыкны минимальләштерү (мәсәлән, локаль легирлау, арткы өслек кыры технологиясе) керә.
Монокристалл кремний кояш батареялары өчен иң югары теркәлгән конверсия нәтиҗәлелеге 24,7% тәшкил итә, моңа Яңа Көньяк Уэльс Университетының PERL структуралы кояш батареясы ирешә. Төп технологик үзенчәлекләргә кремний өслегендә фосфорның түбән концентрациясе, өслек рекомбинациясен киметү, алгы һәм арткы өслек электродлары астында яхшы ом контактлары булдыру өчен югары концентрацияле диффузия һәм алгы өслек электродларын тарайту, яктылыкны сеңдерү мәйданын арттыру өчен фотолитография куллану керә. Ләкин бу технология әле сәнәгатьтә кулланылмаган.
Нәтиҗәлелекне арттыруның башка ысулларына BP Solar компаниясенең өслекле уемлы текстуралы күзәнәкләре һәм арткы контакт (EWT) технологиясе керә. Беренчесе лазер белән уем ясау аша 18,3% нәтиҗәлелеккә ирешә, бу алгы электродларның киңлеген киметә һәм яктылыкны сеңдерүне арттыра. Соңгысы алгы электродларны арткы якка китерү аша 21,3% нәтиҗәлелеккә ирешә, яктылыкны сеңдерү мәйданын арттыра.
Нечкә пленкалы кояш батареялары
Кристалл кремний кояш батареялары югары нәтиҗәлелеге аркасында өстенлек итсә дә, кремний материалының югары бәясе аркасында аларның бәясен сизелерлек киметү авыр. Азрак материал куллана торган юка пленкалы кояш батареялары экономияле альтернатива буларак барлыкка килде. Юкка пленкалы батареяларның төп төрләре арасында кремний нигезендәге юка пленкалы батареялар, кадмий теллуриды (CdTe) батареялары һәм бакыр индий галлий селениды (CIGS) батареялары бар.
Кремний нигезендәге юка пленкалы күзәнәкләрнең калынлыгы нибары 2 микрометр, алар кристалл кремний күзәнәкләре өчен кирәкле кремний материалының якынча 1,5% ын кулланалар. PN тоташулары санына карап, бу күзәнәкләр бер тоташулы, ике тоташулы яки күп тоташулы булырга мөмкин, һәрберсе кояш нурының төрле дулкын озынлыкларын сеңдерә ала. Бер тоташулы күзәнәкләр өчен иң югары нәтиҗәлелек якынча 7%, ә ике тоташулы күзәнәкләр 10% ка җитә ала.
CdTe юка пленкалы күзәнәкләр яктылыкны яхшы сеңдерү үзлекләре аркасында югарырак нәтиҗәлелек бирә (12% ка кадәр). Ләкин кадмийның канцероген табигате һәм теллурның чикләнгән табигый запаслары озак вакытлы үсеш өчен кыенлыклар тудыра.
CIGS юка пленкалы күзәнәкләре югары нәтиҗәле юка пленка технологиясенең киләчәге дип санала. Җитештерү процессын көйләү аша аларның яктылыкны сеңдерүен яхшыртырга мөмкин, бу конверсия нәтиҗәлелеген арттырырга мөмкинлек бирә. Хәзерге вакытта лаборатория нәтиҗәлелеге 20,1% ка җитә, ә коммерция продуктлары 13-14% ка җитә, бу аларны юка пленкалы күзәнәкләр арасында иң нәтиҗәле итә.
Өченче буын күзәнәкләре
Теоретик яктан, өченче буын күзәнәкләр югары конверсия нәтиҗәлелегенә ирешә ала. HCPVдан кала, күбесе әле тикшеренү этабында. HCPV күзәнәкләре гадәттә III-V ярымүткәргеч материалларын кулланалар, алар югарырак җылылыкка чыдам һәм югары яктырту шартларында югары конверсия нәтиҗәлелеген саклыйлар. Күп тоташулы структуралар бу күзәнәкләргә кояш спектрына туры килергә мөмкинлек бирә, теоретик нәтиҗәлелек 68% ка кадәр җитә. Коммерция җитештерүе 40% тан артык нәтиҗәлелеккә ирешә ала.
Кояш батареялары модульләргә урнаштырылган, һәм аларның кулланылышы аларның үзенчәлекләренә һәм базар ихтыяҗларына бәйле. Баштагы кулланылышлар арасында элемтә база станцияләре һәм юлдашлар бар иде, соңрак кояш түбәләре кебек торак районнарга да таралды. Бу сценарийларда чикләнгән урнаштыру мәйданнары һәм югары энергия тыгызлыгы ихтыяҗлары кристалл кремний модульләренә өстенлек бирде. Зур күләмле кояш электр станцияләре һәм биналарга интеграцияләнгән фотоэлектрик җайланмалар (BIPV) үсеше белән, чыгымнар турында уйланулар юка пленкалы элементлар куллануның артуына китерде. Әйләнә-тирә мохит һәм климат шартлары да төрле технологияләрне куллануга йогынты ясый.
Кояш фотоэлектрик технологияләрен куллану
Кояш радиациясен кулланылышлы электр энергиясенә әйләндерү өчен тулы кояш фотоэлектрик системасы кирәк. Кояш фотоэлектрик элементлары бу системаның нигезен тәшкил итә, алар шулай ук инверторларны, батареяларны, күзәтү системаларын һәм тарату системаларын үз эченә ала.
Фотоэлектрик системалар классификациясе һәм составы
Кояш фотоэлектрик системалары челтәрдән тыш яки челтәргә бәйләнгән дип классификацияләнә. Электр челтәреннән тыш системалар аерым яки гибрид булырга мөмкин.
Аерым системалар гадәттә ерак районнарда, элемтә база станцияләрендә һәм кояш урам яктырткычларында кулланыла, алар тулысынча кояш энергиясенә таяна. Алар арасында кояш модульләре, инверторлар, контроллерлар, батареялар, бүлү системалары һәм яшен саклау бар. Батареялар һәм контроллерлар система бәясенә һәм гомер озынлыгына сизелерлек йогынты ясый. Гибрид системалар кояш энергиясен дизель генераторлары яки җил турбиналары кебек башка чыганаклар белән берләштерә.
Кояш энергиясе түбәләрендә һәм зур күләмле фотоэлектр станцияләрендә еш кулланыла торган челтәргә бәйләнгән системалар саклау җиһазларын таләп итми, бу чыгымнарны киметә. Бу системаларга кояш модульләре, инверторлар, бүлү системалары, яшен саклау һәм күзәтү системалары керә. Хәзерге вакытта челтәргә бәйләнгән системалар барлык кояш куллануларының 80% ын тәшкил итә.
Башка фотоэлектрик энергия җитештерү технологияләре
Кояш фотоэлементлары технологиясеннән тыш, инвертор технологиясе, челтәргә интеграцияләү, саклау һәм акыллы мониторинг фотоэлектр энергиясе җитештерү системалары өчен бик мөһим:
Кояш батареяларының чыгару куәте кояш нурланышы интенсивлыгына бәйле рәвештә үзгәрә, бу өзеклеклелеккә китерә. Зур масштаблы челтәр интеграциясе челтәргә тәэсир итә ала, бу челтәрне контрольдә тотуны һәм утрауларны саклауны мөһим итә.
Кояш модуле чыгышы - даими ток (DC), шуңа күрә инверторлар аша алмаш токка (AC) югары сыйфатлы үзгәртү таләп ителә.
Модульнең куәтенә температура һәм күләгә кебек факторлар тәэсир итә ала, бу системаны күзәтү һәм сигнализация системаларын таләп итә.
Ерак районнардагы фотоэлектр станцияләре өчен дистанцион идарә итү технологиясе бик мөһим.
Кытай сыйфат һәм масштаб буенча кояш модульләре җитештерүдә алда бара. Сәнәгать чылбырындагы югары табышлы өлкәләргә кремний чистарту, инверторлар, күзәтү системалары һәм фотоэлектрик җиһазлар җитештерү керә. Бу төп өлкәләрдә алга китешкә ирешү Кытайның фотоэлектрик сәнәгате өчен авыр бурыч булып тора.
Кояш фотоэлектрик энергиясен җитештерүнең хәзерге торышы һәм киләчәк перспективалары
Кояш энергиясе белән фотоэлектрик энергия җитештерү югары чыгымнар аркасында узган гасыр ахырына кадәр киң күләмдә үсеш алмады. XXI гасырга кергәч, нәтиҗәлелек артты һәм чыгымнар тиз кимеде, кояш фотоэлектрик энергия җитештерү тиз үсеш кичерде, ел саен урнаштырылган куәт арта барды. Дөньядагы еллык урнаштырылган куәт 2000 елда 1,4 ГВттан 2009 елда 22,8 ГВтка кадәр артты. Германия, Италия һәм Испания кебек Европа илләре төп базарлар булып тора, Европа Берлеге 2020 елга кадәр кояш энергиясе өлешен гомуми электр белән тәэмин итүдә 12% ка кадәр арттырырга планлаштыра. Кытай һәм Һиндстан кебек үсеп килүче илләр дә кояш энергиясен үстерү планнарын башлап җибәрделәр. Элемтә база станцияләреннән, кояш түбәләреннән һәм фотоэлектрик электр станцияләреннән тыш, кояш фотоэлектрик энергия җитештерү хәзер төрле мобиль җайланмаларда киң кулланыла.
Өстәмә һәм альтернатив энергия чыганагы буларак, кояш фотоэлектрик технологиясе тиз үсә, җитештерү чыгымнары кими. Технологик алгарыш дәвам иткән саен, кояш энергиясе, чиста һәм яңартыла торган ресурс буларак, тотрыклы үсеш өчен төп энергия чыганагына әйләнергә әзер.
