Eng kuerz Diskussioun iwwer d'Zorte vu Solarzellen
Solarenergie war eemol d'Erhaalung vu fortgeschratt Raumschëff an e puer ausgefalene Gadgeten, awer dat ass net méi de Fall. An de leschte Jorzéngt huet d'Solarenergie sech vun enger Nischenergiequell zu engem grousse Pilier vun der globaler Energielandschaft transforméiert.
D'Äerd ass kontinuéierlech un ongeféier 173.000 TW Sonnestralung ausgesat, wat méi wéi zéng Mol déi global duerchschnëttlech Stroumfuerderung ass.
[1] Dëst bedeit datt d'Solarenergie d'Fäegkeet huet all eis Energiebedürfnisser ze erfëllen.
An der éischter Halschent vum 2023 huet d'Solarenergieproduktioun 5,77% vun der totaler US Kraaftproduktioun ausgemaach, erop vun 4,95% am Joer 2022.
[2] Och wann fossil Brennstoffer (haaptsächlech Äerdgas a Kuel) sou vill wéi 60,4% vun der US Kraaftproduktioun am Joer 2022 ausmaachen,
[3] Awer de wuessenden Afloss vun der Solarenergie an déi séier Entwécklung vun der Solarenergietechnologie verdéngen Opmierksamkeet.
Am Moment ginn et dräi Haaptkategorien vu Solarzellen (och bekannt als Photovoltaik (PV) Zellen) um Maart: Kristallin, Dënnfilm, an opkomende Technologien. Dës dräi Aarte vu Batterien hunn hir eege Virdeeler wat d'Effizienz, d'Käschte an d'Liewensdauer ugeet.
01 kristal
Déi meescht Hausdach Solarpanneauen sinn aus héichreiniger monokristallinem Silizium gemaach. Dës Zort Batterie huet an de leschte Joeren eng Effizienz vu méi wéi 26% an e Service Liewen vu méi wéi 30 Joer erreecht.
[4] Déi aktuell Effizienz vun Stot Solarpanneauen ass ongeféier 22%.
Polykristallin Silizium kascht manner wéi monokristallin Silizium, awer ass manner effizient an huet eng méi kuerz Liewensdauer. Méi niddereg Effizienz bedeit datt méi Paneele a méi Fläche gebraucht ginn.
Solarzellen baséiert op Multi-Junction Gallium Arsenide (GaAs) Technologie si méi effizient wéi traditionell Solarzellen. Dës Zellen hunn eng Multi-Layer Struktur, an all Layer benotzt en anert Material, wéi Indium Gallium Phosphid (GaInP), Indium Gallium Arsenid (InGaAs) an Germanium (Ge), fir verschidde Wellelängten vum Sonneliicht ze absorbéieren. Och wann dës Multijunction Zellen erwaart héich Effizienz z'erreechen, leiden se nach ëmmer ënner héije Fabrikatiounskäschten an onreife Fuerschung an Entwécklung, wat hir kommerziell Machbarkeet a praktesch Uwendungen limitéiert.
02 film
De Mainstream vun Dënnfilm Photovoltaikprodukter um weltwäite Maart ass Cadmium Telluride (CdTe) Photovoltaik Moduler. Millioune vu sou Moduler goufen ronderëm d'Welt installéiert, mat enger Héichkraaftproduktiounskapazitéit vu méi wéi 30GW. Si ginn haaptsächlech fir Utility-Skala Kraaftproduktioun an den USA benotzt. Fabréck.
An dëser Dënnfilmtechnologie enthält en 1 Quadratmeter Solarmodul manner Kadmium wéi eng AAA-Gréisst Nickel-Cadmium (Ni-Cd) Batterie. Ausserdeem ass de Kadmium an de Solarmoduler u Tellur gebonnen, wat am Waasser onopléisbar ass a bei Temperaturen bis zu 1.200°C stabil bleift. Dës Faktore reduzéieren d'gëfteg Gefore vu Kadmiumtellurid an Dënnfilmbatterien.
Den Inhalt vun Tellur an der Äerdkrust ass nëmmen 0,001 Deeler pro Millioun. Just wéi Platin e rare Element ass, kann d'Raritéit vum Tellur d'Käschte vun engem Kadmium-Telluridmodul wesentlech beaflossen. Wéi och ëmmer, et ass méiglech dëse Problem duerch Recyclingpraktiken ze léisen.
D'Effizienz vu Kadmium Telluride Moduler kann 18,6% erreechen, an d'Batterieeffizienz an engem Laboratoire kann 22% iwwerschreiden. [5] D'Benotzung vun Arsen Doping Kupfer Doping ze ersetzen, déi fir eng laang Zäit benotzt gouf, kann d'Modul Liewen immens verbesseren an engem Niveau erreechen vergläichbar mat Kristallsglas produzéiert Batterien.
03 Emerging Technologien
Entstanen Photovoltaik Technologien mat ultra-dënnen Filmer (manner wéi 1 Mikron) an direkten Oflagerungstechniken reduzéieren d'Produktiounskäschte a bidden qualitativ héichwäerteg Hallefleit fir Solarzellen. Dës Technologien ginn erwaart Konkurrente fir etabléiert Materialien wéi Silizium, Kadmiumtellurid a Galliumarsenid ze ginn.
[6] Et ginn dräi gutt-bekannt Dënn Film Technologien an dësem Beräich: Kupfer Zink Zinn sulfide (Cu2ZnSnS4 oder CZTS), Zénk phosphide (Zn3P2) an Single-walled Kuelestoff Nanotubes (SWCNT). An engem Laboratoire hunn Kupfer Indium Gallium Selenid (CIGS) Solarzellen eng beandrockend Héicheffizienz vun 22,4% erreecht. Wéi och ëmmer, sou Effizienzniveauen op kommerziell Skala ze replizéieren bleift eng Erausfuerderung.
[7] Bleihalogenid Perovskit Dënnfilmzellen sinn eng attraktiv opkomende Solartechnologie. Perovskite ass eng Zort Substanz mat enger typescher Kristallstruktur vun der chemescher Formel ABX3. Et ass e giel, brong oder schwaarz Mineral, deem säin Haaptkomponent Kalziumtitanat (CaTiO3) ass. Kommerziell-Skala Silizium-baséiert Perovskite Tandem Solarzellen, déi vun der UK Firma Oxford PV produzéiert goufen, hunn e Rekordeffizienz vun 28,6% erreecht a wäert dëst Joer an d'Produktioun goen.
[8] An nëmmen e puer Joer hunn Perovskite Solarzellen Effizienz erreecht ähnlech wéi déi vun existéierende Kadmium Tellurid Dënnfilmzellen. An der fréicher Fuerschung an Entwécklung vu Perovskite Batterien war d'Liewensdauer e grousst Thema, sou kuerz datt et nëmmen a Méint berechent ka ginn.
Haut hunn Perovskite Zellen e Service Liewen vu 25 Joer oder méi. Momentan sinn d'Virdeeler vun Perovskite Solarzellen héich Konvertéierungseffizienz (méi wéi 25%), niddereg Produktiounskäschten an niddreg Temperaturen déi fir de Produktiounsprozess erfuerderlech sinn.
Bauen integréiert Solarpanneauen
E puer Solarzellen sinn entwéckelt fir nëmmen en Deel vum Sonnespektrum opzehuelen, wärend siichtbar Liicht duerchgoe léisst. Dës transparent Zellen ginn Dye-sensibiliséiert Solarzellen genannt (DSC) a goufen an der Schwäiz gebuer an 1991. Nei R&D Resultater an de leschte Joren hunn d'Effizienz vun DSCs verbessert, an et kann net laang sinn ier dës Solarpanneauen um Maart sinn.
E puer Firmen infuséieren anorganesch Nanopartikelen an Polycarbonatschichten aus Glas. D'Nanopartikelen an dëser Technologie verréckelen spezifesch Deeler vum Spektrum op de Rand vum Glas, sou datt de gréissten Deel vum Spektrum duerchgoe kann. D'Liicht, déi um Rand vum Glas konzentréiert ass, gëtt dann vu Solarzellen ausgenotzt. Zousätzlech gëtt d'Technologie fir d'Uwendung vun Perovskite Dënnfilmmaterialien op transparente Solarfenster an de Bau vu baussenzege Maueren am Moment studéiert.
Matière première fir Solarenergie néideg
Fir d'Solarenergieproduktioun z'erhéijen, wäert d'Nofro fir Biergbau vu wichtege Rohmaterialien wéi Silizium, Sëlwer, Kupfer an Aluminium eropgoen. Den US Department of Energy seet datt ongeféier 12% vum metallurgesche Grad Silizium (MGS) op der Welt a Polysilicium fir Solarpanneauen veraarbecht gëtt.
China ass e grousse Spiller an dësem Beräich, produzéiert ongeféier 70% vun der Welt MGS a 77% vu senger Polysilisiumversuergung am Joer 2020.
De Prozess fir Silizium a Polysilicium ëmzewandelen erfuerdert ganz héich Temperaturen. A China kënnt d'Energie fir dës Prozesser haaptsächlech aus Kuel. Xinjiang huet reichend Kuelressourcen an niddreg Stroumkäschten, a seng Polysilisiumproduktioun mécht 45% vun der globaler Produktioun aus.
[12]D'Produktioun vu Solarpanneauen verbraucht ongeféier 10% vum Sëlwer vun der Welt. Sëlwerofbau geschitt haaptsächlech a Mexiko, China, Peru, Chile, Australien, Russland a Polen a kann zu Probleemer wéi Schwéiermetallkontaminatioun a gezwongene Verlagerung vu lokale Gemeinschafte féieren.
Kupfer an Aluminiumofbau stellen och Erausfuerderunge fir Landverbrauch. D'US Geological Survey stellt fest, datt Chile 27% vun der globaler Kupferproduktioun ausmécht, gefollegt vu Peru (10%), China (8%) an der Demokratescher Republik Kongo (8%). D'International Energy Agency (IEA) mengt datt wann d'global erneierbar Energieverbrauch bis 2050 100% erreecht, d'Nofro fir Kupfer aus Solarprojeten bal dräifach wäert.
[13] Conclusioun
Wäert Solarenergie enges Daags eis Haaptenergiequell ginn? De Präis vun der Solarenergie fällt an d'Effizienz gëtt verbessert. An der Tëschenzäit ginn et vill verschidde Solartechnologierouten fir ze wielen. Wéini wäerte mir eng oder zwou Technologien identifizéieren an se tatsächlech funktionnéieren? Wéi d'Solarenergie an d'Netz z'integréieren?
D'Evolutioun vun der Solarenergie vu Spezialitéit zum Mainstream beliicht säi Potenzial fir eis Energiebedürfnisser ze treffen an ze iwwerschreiden. Wärend kristallin Solarzellen am Moment de Maart dominéieren, sinn Fortschrëtter an der Dënnfilmtechnologie an opkomende Technologien wéi Kadmiumtellurid a Perovskite de Wee fir méi effizient an integréiert Solarapplikatiounen. Solarenergie steet nach ëmmer mat villen Erausfuerderungen, wéi zum Beispill den Ëmweltimpakt vum Rohmaterialofbau a Flaschenhalsen an der Produktioun, awer no allem ass et eng séier wuessend, innovativ a villverspriechend Industrie.
Mat dem richtege Gläichgewiicht vun technologesche Fortschrëtter an nohaltege Praktiken, wäert de Wuesstum an d'Entwécklung vun der Solarenergie de Wee fir eng méi propper, méi reichend Energie Zukunft maachen. Dofir wäert et bedeitende Wuesstum am US Energiemix weisen an ass erwaart eng global nohalteg Léisung ze ginn.