Usa ka mubo nga diskusyon sa mga klase sa solar cell
Ang enerhiya sa solar kaniadto mao ang pagpreserbar sa mga advanced spacecraft ug pipila ka nindot nga mga gadget, apan dili na kana ang kaso. Sa miaging dekada, ang solar energy nausab gikan sa usa ka niche nga tinubdan sa enerhiya ngadto sa usa ka dakong haligi sa tibuok kalibutan nga talan-awon sa enerhiya.
Ang yuta padayon nga naladlad sa gibana-bana nga 173,000TW nga solar radiation, nga labaw pa sa napulo ka pilo sa global nga average nga panginahanglan sa kuryente.
[1] Kini nagpasabot nga ang solar energy adunay katakus sa pagtubag sa tanan natong panginahanglan sa enerhiya.
Sa unang katunga sa 2023, ang solar power generation mikabat sa 5.77% sa kinatibuk-ang US power generation, gikan sa 4.95% sa 2022.
[2] Bisan tuod ang fossil fuel (kasagaran natural nga gas ug karbon) mokabat sa 60.4% sa US power generation sa 2022,
[3] Apan ang nagkadako nga impluwensya sa solar energy ug ang paspas nga pag-uswag sa teknolohiya sa solar energy angay nga hatagan pagtagad.
Sa pagkakaron, adunay tulo ka dagkong mga kategoriya sa solar cells (nailhan usab nga photovoltaic (PV) cells) sa merkado: crystalline, thin-film, ug emerging technologies. Kining tulo ka mga matang sa mga baterya adunay kaugalingong mga bentaha sa termino sa kahusayan, gasto, ug kinabuhi.
01 kristal
Kadaghanan sa mga solar panel sa atop sa balay gihimo gikan sa high-purity nga monocrystalline silicon. Kini nga matang sa baterya nakab-ot ang kahusayan nga labaw sa 26% ug usa ka kinabuhi sa serbisyo nga sobra sa 30 ka tuig sa bag-ohay nga mga tuig.
[4] Ang karon nga kahusayan sa mga solar panel sa panimalay mga 22%.
Ang polycrystalline silicon mas ubos kay sa monocrystalline silicon, apan dili kaayo episyente ug adunay mas mubo nga kinabuhi. Ang mas ubos nga kahusayan nagpasabut nga daghang mga panel ug daghang lugar ang gikinahanglan.
Mga selula sa solarbase sa multi-junction gallium arsenide (GaAs) nga teknolohiya mas episyente kay sa tradisyonal nga solar cells. Kini nga mga selula adunay usa ka multi-layer nga estraktura, ug ang matag layer naggamit ug lain-laing materyal, sama sa indium gallium phosphide (GaInP), indium gallium arsenide (InGaAs) ug germanium (Ge), aron masuhop ang lainlaing wavelength sa kahayag sa adlaw. Bisan kung kini nga mga multijunction nga mga selula gilauman nga makab-ot ang taas nga kahusayan, nag-antos gihapon sila sa taas nga gasto sa paghimo ug dili pa hamtong nga panukiduki ug pag-uswag, nga naglimite sa ilang komersyal nga posibilidad ug praktikal nga aplikasyon.
02 nga pelikula
Ang panguna nga mga produkto sa manipis nga pelikula nga photovoltaic sa tibuuk kalibutan nga merkado mao ang mga modulo nga photovoltaic nga cadmium telluride (CdTe). Minilyon sa maong mga module ang na-install sa tibuok kalibutan, nga adunay peak power generation capacity nga labaw pa sa 30GW. Kini kasagarang gigamit alang sa utility-scale power generation sa Estados Unidos. pabrika.
Niining thin-film nga teknolohiya, ang 1-square-meter solar module adunay gamay nga cadmium kay sa AAA-sized nga nickel-cadmium (Ni-Cd) nga baterya. Dugang pa, ang cadmium sa solar modules gigapos sa tellurium, nga dili matunaw sa tubig ug nagpabilin nga lig-on sa temperatura nga ingon kataas sa 1,200 ° C. Kini nga mga hinungdan nagpagaan sa makahilo nga mga peligro sa paggamit sa cadmium telluride sa mga baterya nga manipis nga pelikula.
Ang sulod sa tellurium sa crust sa yuta kay 0.001 ka bahin lamang kada milyon. Sama nga ang platinum usa ka talagsaon nga elemento, ang pagkatalagsaon sa tellurium mahimong makaapekto sa gasto sa usa ka cadmium telluride module. Bisan pa, posible nga mahupay kini nga problema pinaagi sa mga pamaagi sa pag-recycle.
Ang kahusayan sa mga module sa cadmium telluride mahimong moabot sa 18.6%, ug ang kahusayan sa baterya sa usa ka palibot sa laboratoryo mahimong molapas sa 22%. [5] Ang paggamit sa arsenic doping aron mapulihan ang copper doping, nga gigamit sa dugay nga panahon, mahimo’g mapauswag ang kinabuhi sa module ug makaabut sa lebel nga ikatandi sa mga kristal nga baterya.
03 Mga bag-ong teknolohiya
Ang mga nag-uswag nga mga teknolohiya sa photovoltaic nga naggamit sa mga ultra-thin nga pelikula (ubos sa 1 micron) ug direkta nga mga pamaagi sa pagdeposito makapakunhod sa gasto sa produksiyon ug maghatag taas nga kalidad nga mga semiconductor alang sa mga solar cell. Kini nga mga teknolohiya gilauman nga mahimong mga kakompetensya sa natukod nga mga materyales sama sa silicon, cadmium telluride ug gallium arsenide.
[6] Adunay tulo ka ilado nga teknolohiya sa manipis nga pelikula niini nga natad: copper zinc tin sulfide (Cu2ZnSnS4 o CZTS), zinc phosphide (Zn3P2) ug single-walled carbon nanotubes (SWCNT). Sa usa ka setting sa laboratoryo, ang copper indium gallium selenide (CIGS) solar cells nakaabot sa usa ka impresibo nga peak efficiency nga 22.4%. Bisan pa, ang pagkopya sa ingon nga lebel sa kahusayan sa usa ka komersyal nga sukod nagpabilin nga usa ka hagit.
[7] Ang lead halide perovskite thin film cells usa ka madanihon nga nag-uswag nga solar nga teknolohiya. Ang Perovskite usa ka matang sa substansiya nga adunay tipikal nga kristal nga istruktura sa kemikal nga pormula nga ABX3. Kini usa ka dalag, kape o itom nga mineral nga ang panguna nga sangkap mao ang calcium titanate (CaTiO3). Ang commercial-scale silicon-based perovskite tandem solar cells nga gihimo sa UK nga kompanya nga Oxford PV nakab-ot ang record efficiency nga 28.6% ug mogawas sa produksyon karong tuiga.
[8] Sa pipila lang ka tuig, ang perovskite solar cells nakab-ot ang mga episyente nga susama sa mga naglungtad nga cadmium telluride thin-film cells. Sa sayo nga panukiduki ug pagpalambo sa perovskite nga mga baterya, ang gitas-on sa kinabuhi usa ka dako nga isyu, mubo kaayo nga kini makalkula lamang sa mga bulan.
Karon, ang mga selula sa perovskite adunay kinabuhi sa serbisyo nga 25 ka tuig o labaw pa. Sa pagkakaron, ang mga bentaha sa perovskite solar cells mao ang taas nga conversion efficiency (labaw pa sa 25%), ubos nga gasto sa produksyon ug ubos nga temperatura nga gikinahanglan alang sa proseso sa produksyon.
Pagtukod og integrated solar panels
Ang ubang mga solar cell gidesinyo aron makuha ang usa ka bahin lamang sa solar spectrum samtang gitugotan ang makita nga kahayag nga moagi. Kini nga mga transparent nga mga selula gitawag nga dye-sensitized solar cells (DSC) ug natawo sa Switzerland kaniadtong 1991. Ang bag-ong mga resulta sa R&D sa bag-ohay nga mga tuig nakapauswag sa pagka-epektibo sa mga DSC, ug mahimo’g dili pa dugay kini nga mga solar panel naa sa merkado.
Ang ubang mga kompanya nagbutang sa dili organikong mga nanopartikel sa polycarbonate nga mga lut-od sa bildo. Ang mga nanopartikel niini nga teknolohiya nagbalhin sa piho nga mga bahin sa spectrum ngadto sa ngilit sa bildo, nga nagtugot sa kadaghanan sa spectrum nga moagi. Ang kahayag nga gikonsentrar sa ngilit sa bildo dayon gamiton sa mga solar cell. Dugang pa, ang teknolohiya alang sa paggamit sa perovskite thin film nga mga materyales sa transparent solar windows ug pagtukod sa gawas nga mga bungbong sa pagkakaron gitun-an.
Hilaw nga materyales nga gikinahanglan alang sa solar energy
Aron madugangan ang paghimo sa solar power, ang panginahanglan alang sa pagmina sa hinungdanon nga hilaw nga materyales sama sa silicon, pilak, tumbaga ug aluminyo motaas. Ang US Department of Energy nag-ingon nga gibana-bana nga 12% sa metalurgical grade silicon (MGS) sa kalibutan giproseso ngadto sa polysilicon alang sa solar panels.
Ang China usa ka mayor nga magdudula sa kini nga natad, nga naghimo sa gibana-bana nga 70% sa MGS sa kalibutan ug 77% sa suplay nga polysilicon niini sa 2020.
Ang proseso sa pag-convert sa silicon ngadto sa polysilicon nagkinahanglan og taas kaayo nga temperatura. Sa China, ang enerhiya alang niini nga mga proseso nag-una gikan sa karbon. Ang Xinjiang adunay daghang mga kapanguhaan sa karbon ug mubu nga gasto sa elektrisidad, ug ang produksiyon sa polysilicon niini nagkantidad sa 45% sa global nga produksiyon.
[12]Ang produksiyon sa mga solar panel mikonsumo sa gibana-bana nga 10% sa pilak sa kalibutan. Ang pagmina sa pilak kasagaran mahitabo sa Mexico, China, Peru, Chile, Australia, Russia ug Poland ug mahimong mosangpot sa mga problema sama sa heavy metal nga kontaminasyon ug pinugos nga pagbalhin sa lokal nga mga komunidad.
Ang pagmina sa tumbaga ug aluminyo naghatag usab ug mga hagit sa paggamit sa yuta. Ang US Geological Survey nag-ingon nga ang Chile nag-asoy sa 27% sa global nga produksyon sa tumbaga, gisundan sa Peru (10%), China (8%) ug ang Democratic Republic of Congo (8%). Ang International Energy Agency (IEA) nagtuo nga kung ang global renewable energy nga paggamit moabot sa 100% sa 2050, ang panginahanglan alang sa tumbaga gikan sa solar nga mga proyekto hapit mopilo.
[13] Panapos
Ang solar energy ba usa ka adlaw mahimong atong pangunang tinubdan sa enerhiya? Ang presyo sa solar nga enerhiya nahulog ug ang kahusayan nag-uswag. Sa kasamtangan, adunay daghang lainlaing mga ruta sa teknolohiya sa solar nga mapili. Kanus-a nato mailhan ang usa o duha ka teknolohiya ug himoon kini nga aktuwal nga molihok? Giunsa ang pag-integrate sa solar energy sa grid?
Ang ebolusyon sa enerhiya sa solar gikan sa espesyalidad hangtod sa mainstream nagpasiugda sa potensyal niini sa pagtagbo ug paglabaw sa atong mga panginahanglanon sa enerhiya. Samtang ang mga kristal nga solar cell sa pagkakaron nagdominar sa merkado, ang pag-uswag sa thin-film nga teknolohiya ug mga nag-uswag nga teknolohiya sama sa cadmium telluride ug perovskites naghatag sa dalan alang sa mas episyente ug integrated solar nga mga aplikasyon. Ang enerhiya sa solar nag-atubang gihapon sa daghang mga hagit, sama sa epekto sa kinaiyahan sa pagmina sa hilaw nga materyales ug mga bottleneck sa produksiyon, apan pagkahuman, kini usa ka paspas nga pagtubo, bag-o ug maayong industriya.
Uban sa husto nga balanse sa mga pag-uswag sa teknolohiya ug malungtaron nga mga gawi, ang pagtubo ug pag-uswag sa enerhiya sa solar maghatag dalan alang sa usa ka mas limpyo, mas daghang enerhiya sa umaabot. Tungod niini, magpakita kini nga hinungdanon nga pagtubo sa pagsagol sa enerhiya sa US ug gilauman nga mahimong usa ka global nga malungtaron nga solusyon.