Nijs
In koarte diskusje oer de soarten sinnesellen
Sinne-enerzjy wie eartiids it behâld fan avansearre romtefarders en wat fancy gadgets, mar dat is net mear it gefal. Yn 'e ôfrûne desennia is sinne-enerzjy feroare fan in niche-enerzjyboarne nei in wichtige pylder fan it wrâldwide enerzjylânskip.
De ierde wurdt kontinu bleatsteld oan likernôch 173.000 TW sinnestrieling, dat is mear as tsien kear de wrâldwide gemiddelde fraach nei elektrisiteit.
[1] Dit betsjut dat sinne-enerzjy de mooglikheid hat om te foldwaan oan al ús enerzjyferlet.
Yn 'e earste helte fan 2023 makke sinne-enerzjy-opwekking 5,77% út fan 'e totale Amerikaanske enerzjyopwekking, omheech fan 4,95% yn 2022.
[2] Hoewol't fossile brânstoffen (benammen ierdgas en stienkoal) safolle as 60,4% fan 'e Amerikaanske enerzjyopwekking yn 2022 útmeitsje sille,
[3] Mar de tanimmende ynfloed fan sinne-enerzjy en de rappe ûntwikkeling fan sinne-enerzjytechnology fertsjinje omtinken.
Op it stuit binne d'r trije grutte kategoryen sinnesellen (ek wol bekend as fotovoltaïsche (PV) sellen) op 'e merke: kristallijn, tinne film, en opkommende technologyen. Dizze trije soarten batterijen hawwe har eigen foardielen yn termen fan effisjinsje, kosten en libbensdoer.
01 krystal
De measte sinnepanielen op it dak fan hûs binne makke fan monokristallijn silisium mei hege suverens. Dit soarte fan batterij hat berikt in effisjinsje fan mear as 26% en in libbensdoer fan mear as 30 jier yn de ôfrûne jierren.
[4] De hjoeddeistige effisjinsje fan húshâldlike sinnepanielen is sawat 22%.
Polykristallijn silisium kostet minder dan monokristallijn silisium, mar is minder effisjint en hat in koartere libbensdoer. Legere effisjinsje betsjut dat mear panielen en mear gebiet nedich binne.
Sinnesellen basearre op multi-junction gallium arsenide (GaAs) technology binne effisjinter as tradisjonele sinnesellen. Dizze sellen hawwe in mearlaachige struktuer, en elke laach brûkt in oar materiaal, lykas indium gallium phosphide (GaInP), indium gallium arsenide (InGaAs) en germanium (Ge), om ferskate golflingten fan sinneljocht op te nimmen. Hoewol dizze multijunction-sellen wurde ferwachte om hege effisjinsje te berikken, lije se noch fan hege produksjekosten en ûnfoldwaande ûndersyk en ûntwikkeling, wat har kommersjele helberens en praktyske tapassingen beheint.
02 filmke
De mainstream fan tinne-film fotovoltaïske produkten yn 'e wrâldmerk is kadmium telluride (CdTe) fotovoltaïske modules. Miljoenen fan sokke modules binne ynstallearre om 'e wrâld, mei in pyk macht generaasje kapasiteit fan mear as 30GW. Se wurde benammen brûkt foar opwekking fan nutsbedriuwen yn 'e Feriene Steaten. fabryk.
Yn dizze tinne-filmtechnology befettet in sinnemodule fan 1 fjouwerkante meter minder kadmium dan in AAA-grutte nikkel-kadmium (Ni-Cd) batterij. Dêrnjonken is it kadmium yn sinnemodules bûn oan tellurium, dat ûnoplosber is yn wetter en by temperatueren oant 1.200 °C stabyl bliuwt. Dizze faktoaren ferminderje de giftige gefaren fan it brûken fan cadmiumtelluride yn tinne-filmbatterijen.
De ynhâld fan tellurium yn 'e ierdkoarste is mar 0,001 dielen per miljoen. Krekt lykas platina in seldsum elemint is, kin de seldsumheid fan tellurium de kosten fan in kadmium telluride-module signifikant beynfloedzje. It is lykwols mooglik om dit probleem te ferleegjen troch recyclingpraktiken.
De effisjinsje fan kadmium telluride modules kin berikke 18,6%, en de batterij effisjinsje yn in laboratoarium omjouwing kin mear as 22%. [5] Mei help fan arseen doping te ferfangen koper doping, dat is brûkt foar in lange tiid, kin gâns ferbetterje de module libben en berikke in nivo te fergelykjen mei kristal batterijen.
03 Opkommende technologyen
Opkommende fotovoltaïske technologyen mei ultra-tinne films (minder dan 1 mikron) en techniken foar direkte deposysje sille produksjekosten ferminderje en heechweardige semiconductors leverje foar sinnesellen. Dizze technologyen wurde ferwachte dat se konkurrinten wurde foar fêststelde materialen lykas silisium, cadmiumtelluride en galliumarsenide.
[6] D'r binne trije bekende tinnefilmtechnologyen op dit mêd: koper sink tin sulfide (Cu2ZnSnS4 of CZTS), sink phosphide (Zn3P2) en single-walled koalstof nanotubes (SWCNT). Yn in laboratoarium ynstelling, koper indium gallium selenide (CIGS) sinnesellen hawwe berikt in yndrukwekkende peak effisjinsje fan 22,4%. It replikearjen fan sokke effisjinsjenivo's op kommersjele skaal bliuwt lykwols in útdaging.
[7] Lead halide perovskite tinne film sellen binne in oantreklike opkommende sinne technology. Perovskite is in soart stof mei in typyske kristalstruktuer fan 'e gemyske formule ABX3. It is in giel, brún of swart mineraal wêrfan de haadkomponint kalziumtitanaat (CaTiO3) is. Kommersjele skaal silisium-basearre perovskite tandem sinnesellen produsearre troch UK bedriuw Oxford PV hawwe berikt in rekord effisjinsje fan 28.6% en sil gean yn produksje dit jier.
[8] Yn mar in pear jier hawwe perovskite sinnesellen effisjinsjes berikt dy't fergelykber binne mei dy fan besteande tinnefilmsellen fan kadmiumtelluride. Yn it iere ûndersyk en ûntwikkeling fan perovskite batterijen, lifespan wie in grut probleem, sa koart dat it koe allinnich wurde berekkene yn moannen.
Hjoed, perovskite sellen hawwe in tsjinst libben fan 25 jier of mear. Op it stuit binne de foardielen fan perovskite sinnesellen hege konverzje-effisjinsje (mear as 25%), lege produksjekosten en lege temperatueren dy't nedich binne foar it produksjeproses.
Bouwe yntegreare sinnepanielen
Guon sinnesellen binne ûntworpen om mar in diel fan it sinnespektrum te fangen, wylst sichtber ljocht trochgiet. Dizze transparante sellen wurde neamd dye-sensibilisearre sinnesellen (DSC) en waarden berne yn Switserlân yn 1991. Nije R & D-resultaten yn 'e ôfrûne jierren hawwe de effisjinsje fan DSC's ferbettere, en it kin net lang duorje foardat dizze sinnepanielen op' e merk komme.
Guon bedriuwen infusearje anorganyske nanopartikels yn polycarbonate lagen fan glês. De nanopartikels yn dizze technology ferpleatse spesifike dielen fan it spektrum nei de râne fan it glês, wêrtroch it measte fan it spektrum troch kin. It ljocht dat konsintrearre is oan de râne fan it glês wurdt dan benut troch sinnesellen. Dêrnjonken wurdt op it stuit studearre technology foar it tapassen fan perovskite tinne filmmaterialen oan transparante sinnefinsters en it bouwen fan bûtenmuorren.
Grûnstoffen nedich foar sinne-enerzjy
Om de opwekking fan sinne-enerzjy te ferheegjen sil de fraach nei mynbou fan wichtige grûnstoffen lykas silisium, sulver, koper en aluminium tanimme. It Amerikaanske ministearje fan enerzjy stelt dat sawat 12% fan 'e wrâld syn metallurgyske grade silisium (MGS) wurdt ferwurke yn polysilicium foar sinnepanielen.
Sina is in wichtige spieler op dit mêd, en produseart yn 2020 sawat 70% fan 'e wrâldwide MGS en 77% fan har polysilisiumoanbod.
It proses fan it konvertearjen fan silisium yn polysilicium fereasket heul hege temperatueren. Yn Sina komt enerzjy foar dizze prosessen benammen út stienkoal. Xinjiang hat in soad stienkoalboarnen en lege elektrisiteitskosten, en har polysiliciumproduksje makket 45% fan 'e wrâldwide produksje út.
[12]De produksje fan sinnepanielen ferbrûkt sawat 10% fan it sulver fan 'e wrâld. Sulverwinning komt foaral foar yn Meksiko, Sina, Perû, Sily, Austraalje, Ruslân en Poalen en kin liede ta problemen lykas swiere metalen fersmoarging en twongen ferhuzing fan pleatslike mienskippen.
Koper- en aluminiummynbou stelle ek útdagings foar lângebrûk. De US Geological Survey merkt op dat Sily goed is foar 27% fan 'e wrâldwide koperproduksje, folge troch Perû (10%), Sina (8%) en de Demokratyske Republyk Kongo (8%). It Ynternasjonaal Enerzjy Agintskip (IEA) is fan betinken dat as it wrâldwide gebrûk fan duorsume enerzjy oant 2050 100% berikt, de fraach nei koper út sinneprojekten hast ferdûbelje sil.
[13] Konklúzje
Sil sinne-enerzjy ien dei ús wichtichste enerzjyboarne wurde? De priis fan sinne-enerzjy falt en de effisjinsje wurdt ferbettere. Yn 'e tuskentiid binne d'r in protte ferskillende rûtes foar sinnetechnology om út te kiezen. Wannear sille wy ien of twa technologyen identifisearje en meitsje dat se eins wurkje? Hoe sinne-enerzjy te yntegrearjen yn it net?
De evolúsje fan sinne-enerzjy fan spesjaliteit nei mainstream markearret har potensjeel om ús enerzjyferlet te foldwaan en te oertsjûgjen. Wylst kristallijne sinnesellen op it stuit de merk dominearje, meitsje foarútgong yn tinnefilmtechnology en opkommende technologyen lykas kadmiumtelluride en perovskiten it paad foar effisjintere en yntegreare sinneapplikaasjes. Sinne-enerzjy stiet noch foar in protte útdagings, lykas de miljeu-ynfloed fan grûnstofwinning en knelpunten yn produksje, mar it is ommers in hurd groeiende, ynnovative en kânsrike yndustry.
Mei it juste lykwicht fan technologyske foarútgong en duorsume praktiken sil de groei en ûntwikkeling fan sinne-enerzjy it paad effe foar in skjinnere, mear oerfloedige enerzjytakomst. Hjirtroch sil it signifikante groei sjen litte yn 'e Amerikaanske enerzjymix en wurdt ferwachte dat it in wrâldwide duorsume oplossing sil wurde.