Quyosh fotovoltaik texnologiyasini ishlab chiqish

Texnologik yutuqlar va sanoat miqyosining kengayishi bilan fotovoltaik (PV) energiya ishlab chiqarish narxi pasayishda davom etmoqda va bu uni kelajakda barqaror rivojlanish uchun muhim energiya manbai sifatida ko'rsatmoqda.

Fotovoltaik texnologiyaning asosiy komponentlari
Fotovoltaik energiya ishlab chiqarish texnologiyasining asosiy komponenti quyosh fotovoltaik batareyasidir. Quyosh fotovoltaik batareyalarining evolyutsiyasini uch avlodga bo'lish mumkin. Birinchi avlod kremniy asosidagi quyosh batareyalaridan iborat; ikkinchi avlod yupqa plyonkali quyosh batareyalarini o'z ichiga oladi; uchinchi avlod esa yuqori konsentratsiyali fotovoltaik (HCPV) batareyalar, organik quyosh batareyalari, egiluvchan quyosh batareyalari va bo'yoqqa sezgir quyosh batareyalari kabi yangi texnologiyalarni o'z ichiga oladi. Hozirgi vaqtda kremniy asosidagi quyosh batareyalari bozorda ustunlik qilmoqda, yupqa plyonkali batareyalar esa asta-sekin bozor ulushini egallab bormoqda. HCPV dan tashqari uchinchi avlod batareyalarining aksariyati hali ham tadqiqot bosqichida.

Kremniy asosidagi quyosh batareyalari

Kremniy asosidagi quyosh batareyalari orasida monokristalli kremniy texnologiyasi eng yetuk hisoblanadi. Ushbu batareyalarning samaradorligi va narxiga asosan ishlab chiqarish jarayoni ta'sir qiladi, bu quyma quyish, plastinka kesish, diffuziya, teksturalash, ekranli bosib chiqarish va sinterlash kabi bosqichlarni o'z ichiga oladi. Ushbu an'anaviy jarayon orqali ishlab chiqarilgan quyosh batareyalari odatda 16-18% fotoelektrik konversiya samaradorligiga erishadi.

Monokristalli kremniyli quyosh batareyalari eng yuqori konversiya samaradorligiga ega, ammo ayni paytda eng qimmat hisoblanadi. Polikristalli kremniyli quyosh batareyalari ommaviy ishlab chiqarish uchun mos keladigan katta o'lchamli kvadrat kremniy quymalarini to'g'ridan-to'g'ri ishlab chiqarish orqali yaxshi xarajatlarni kamaytirishni ta'minlaydi. Bu jarayon sodda, energiyani tejaydi, kremniy materialini tejaydi va pastroq material sifatini talab qiladi.

Quyosh batareyalari narxini pasaytirishga ikkita asosiy strategiya orqali erishish mumkin: material sarfini kamaytirish (masalan, kremniy plastinka qalinligini kamaytirish) va konversiya samaradorligini oshirish. Samaradorlikni oshirish usullari yorug'likning yutilishini oshirish (masalan, sirt teksturasi, aks ettiruvchi qoplama, old elektrod kengligini kamaytirish), fotogeneratsiyalangan tashuvchilarning rekombinatsiyasini kamaytirish (masalan, emitter passivatsiyasi) va qarshilikni minimallashtirish (masalan, lokal qo'shimchalar, orqa sirt maydoni texnologiyasi) ni o'z ichiga oladi.

Monokristalli kremniyli quyosh batareyalari uchun eng yuqori qayd etilgan konversiya samaradorligi 24,7% ni tashkil etadi, bunga Yangi Janubiy Uels Universitetining PERL strukturali quyosh batareyasi erishdi. Asosiy texnologik xususiyatlarga sirt rekombinatsiyasini kamaytirish uchun kremniy yuzasida fosforning past konsentratsiyasi, yaxshi omik kontaktlarni hosil qilish uchun old va orqa sirt elektrodlari ostida yuqori konsentratsiyali diffuziya va yorug'lik yutilish maydonini oshirish uchun old sirt elektrodlarini toraytirish uchun fotolitografiyadan foydalanish kiradi. Biroq, bu texnologiya hali sanoatlashtirilmagan.

Samaradorlikni oshirishning boshqa usullari qatoriga BP Solar kompaniyasining sirt olukli teksturali katakchalari va orqa kontaktli (EWT) texnologiyasi kiradi. Birinchisi, lazerli oluk orqali 18,3% samaradorlikka erishadi, bu esa oldingi elektrodlarning kengligini kamaytiradi va yorug'likning yutilishini oshiradi. Ikkinchisi, oldingi elektrodlarni orqa tomonga olib kelib, yorug'likni yutish maydonini oshirish orqali 21,3% samaradorlikka erishadi.

Yupqa plyonkali quyosh batareyalari

Kristalli kremniyli quyosh batareyalari yuqori samaradorligi tufayli ustunlik qilsa-da, kremniy materialining yuqori narxi tufayli ularning narxini sezilarli darajada pasaytirish qiyin. Kamroq materialdan foydalanadigan yupqa plyonkali quyosh batareyalari tejamkor alternativa sifatida paydo bo'ldi. Yupqa plyonkali batareyalarning asosiy turlariga kremniy asosidagi yupqa plyonkali batareyalar, kadmiy tellurid (CdTe) batareyalari va mis indiy galliy selenid (CIGS) batareyalari kiradi.

Kremniy asosidagi yupqa plyonkali hujayralar qalinligi atigi 2 mikrometrni tashkil etadi, bu kristalli kremniy hujayralari uchun zarur bo'lgan kremniy materialining taxminan 1,5% ni tashkil qiladi. PN birikmalari soniga qarab, bu hujayralar bitta birikmali, ikki birikmali yoki ko'p birikmali bo'lishi mumkin, ularning har biri quyosh nurining turli to'lqin uzunliklarini yutishga qodir. Bir birikmali hujayralar uchun eng yuqori samaradorlik taxminan 7% ni tashkil qiladi, ikki birikmali hujayralar esa 10% ga yetishi mumkin.

CdTe yupqa plyonkali hujayralari yorug'likni yaxshi yutish xususiyatlari tufayli yuqori samaradorlikni (12% gacha) ta'minlaydi. Biroq, kadmiyning kanserogen tabiati va tellurning cheklangan tabiiy zaxiralari uzoq muddatli rivojlanish muammolarini tug'diradi.

CIGS yupqa plyonkali hujayralari yuqori samarali yupqa plyonkali texnologiyaning kelajagi hisoblanadi. Ishlab chiqarish jarayonini sozlash orqali ularning yorug'lik yutilishini yaxshilash mumkin, bu esa yuqori konversiya samaradorligiga olib keladi. Hozirgi vaqtda laboratoriya samaradorligi 20,1% ga yetadi, tijorat mahsulotlari esa 13-14% ga yetadi, bu ularni yupqa plyonkali hujayralar orasida eng samarali qiladi.

Uchinchi avlod hujayralari

Nazariy jihatdan, uchinchi avlod batareyalari yuqori konversiya samaradorligiga erishishi mumkin. HCPV dan tashqari, aksariyati hali ham tadqiqot bosqichida. HCPV batareyalari odatda yuqori issiqlikka chidamlilikka ega va yuqori yorug'lik ostida yuqori konversiya samaradorligini saqlab turadigan III-V yarimo'tkazgich materiallaridan foydalanadi. Ko'p tarmoqli tuzilmalar bu batareyalarga quyosh spektriga yaqindan moslashish imkonini beradi, nazariy samaradorlik esa 68% gacha. Tijorat ishlab chiqarish 40% dan yuqori samaradorlikka erishishi mumkin.

Quyosh batareyalari modullarga joylashtirilgan va ularning qo'llanilishi ularning xususiyatlari va bozor talablariga bog'liq. Dastlabki qo'llanilishlar aloqa baza stansiyalari va sun'iy yo'ldoshlarni o'z ichiga olgan, keyinchalik quyosh tomlari kabi turar-joy hududlariga ham kengaygan. Ushbu stsenariylarda cheklangan o'rnatish joylari va yuqori energiya zichligiga bo'lgan ehtiyoj kristalli kremniy modullarini afzal ko'rdi. Keng ko'lamli quyosh elektr stantsiyalari va binolarga integratsiyalashgan fotovoltaika (BIPV) rivojlanishi bilan xarajatlarni hisobga olish yupqa plyonkali batareyalardan foydalanishning ko'payishiga olib keldi. Atrof-muhit va iqlim sharoitlari ham turli texnologiyalarni joriy etishga ta'sir qiladi.

Quyosh fotovoltaik texnologiyasining qo'llanilishi

Quyosh nurlanishini foydalanishga yaroqli elektr energiyasiga aylantirish uchun to'liq quyosh fotovoltaik tizimi talab qilinadi. Quyosh fotovoltaik batareyalari ushbu tizimning asosini tashkil etadi, unga invertorlar, batareyalar, monitoring tizimlari va tarqatish tizimlari ham kiradi.

PV tizimining tasnifi va tarkibi

Quyosh fotovoltaik tizimlari tarmoqdan tashqari yoki tarmoqqa ulangan deb tasniflanadi. Tarmoqdan tashqari tizimlar mustaqil yoki gibrid bo'lishi mumkin.

Alohida tizimlar odatda chekka hududlarda, aloqa baza stansiyalarida va quyosh ko'cha chiroqlarida qo'llaniladi va butunlay quyosh energiyasiga tayanadi. Ularga quyosh modullari, invertorlar, kontrollerlar, batareyalar, tarqatish tizimlari va chaqmoqdan himoya kiradi. Batareyalar va kontrollerlar tizim narxi va ishlash muddatiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Gibrid tizimlar quyosh energiyasini dizel generatorlari yoki shamol turbinalari kabi boshqa manbalar bilan birlashtiradi.

Quyosh energiyasi tomlari va yirik fotovoltaik elektr stansiyalari uchun keng qo'llaniladigan tarmoqqa ulangan tizimlar saqlash uskunalarini talab qilmaydi, bu esa xarajatlarni kamaytiradi. Ushbu tizimlarga quyosh modullari, invertorlar, tarqatish tizimlari, chaqmoqdan himoya qilish va monitoring tizimlari kiradi. Hozirgi vaqtda tarmoqqa ulangan tizimlar barcha quyosh energiyasi qo'llanmalarining 80 foizini tashkil qiladi.

Boshqa fotovoltaik energiya ishlab chiqarish texnologiyalari

Quyosh energiyasi ishlab chiqarish tizimlari uchun quyosh fotovoltaik batareya texnologiyasidan tashqari, inverter texnologiyasi, tarmoq integratsiyasi, saqlash va aqlli monitoring juda muhimdir:

Quyosh batareyasining chiqish quvvati quyosh nurlanishining intensivligiga qarab o'zgaradi va bu uzilishlarga olib keladi. Keng ko'lamli tarmoq integratsiyasi tarmoqqa ta'sir qilishi mumkin, bu esa tarmoqni boshqarish va orollarni himoya qilishni zarur qiladi.
Quyosh modulining chiqishi to'g'ridan-to'g'ri tok (DC) bo'lib, invertorlar orqali o'zgaruvchan tokka (AC) yuqori sifatli konversiyani talab qiladi.
Modul quvvat chiqishi harorat va soya kabi omillarga ta'sir qilishi mumkin, bu esa tizim monitoringi va signalizatsiya tizimlarini talab qiladi.
Masofadan boshqarish texnologiyasi chekka hududlardagi fotovoltaik elektr stansiyalari uchun juda muhimdir.
Xitoy quyosh modullarini ishlab chiqarishda sifat va miqyos jihatidan yetakchilik qiladi. Sanoat zanjiridagi yuqori daromadli sohalarga kremniyni tozalash, invertorlar, monitoring tizimlari va fotovoltaik uskunalarni ishlab chiqarish kiradi. Ushbu asosiy sohalarda yutuqlarga erishish Xitoyning fotovoltaik sanoati uchun qiyin vazifadir.

Quyosh energiyasi ishlab chiqarishning hozirgi holati va kelajakdagi istiqbollari