Perbincangan ringkas tentang jenis sel suria

Tenaga suria pernah menjadi simpanan kapal angkasa canggih dan beberapa alat mewah, tetapi itu tidak lagi berlaku. Sepanjang dekad yang lalu, tenaga suria telah berubah daripada sumber tenaga khusus kepada tonggak utama landskap tenaga global.

Bumi sentiasa terdedah kepada kira-kira 173,000TW sinaran suria, iaitu lebih daripada sepuluh kali ganda purata permintaan elektrik global.

[1] Ini bermakna tenaga suria mempunyai keupayaan untuk memenuhi semua keperluan tenaga kita.

Pada separuh pertama 2023, penjanaan tenaga suria menyumbang 5.77% daripada jumlah penjanaan kuasa AS, meningkat daripada 4.95% pada 2022.

[2] Walaupun bahan api fosil (terutamanya gas asli dan arang batu) akan menyumbang sebanyak 60.4% daripada penjanaan kuasa AS pada tahun 2022,

[3] Tetapi pengaruh tenaga suria yang semakin meningkat dan perkembangan pesat teknologi tenaga suria patut diberi perhatian.

 

Jenis sel suria

 

Pada masa ini, terdapat tiga kategori utama sel suria (juga dikenali sebagai sel fotovoltaik (PV)) di pasaran: kristal, filem nipis dan teknologi baru muncul. Ketiga-tiga jenis bateri ini mempunyai kelebihan tersendiri dari segi kecekapan, kos, dan jangka hayat.

 

01 kristal

Kebanyakan panel suria atas bumbung rumah diperbuat daripada silikon monohablur ketulenan tinggi. Bateri jenis ini telah mencapai kecekapan lebih daripada 26% dan hayat perkhidmatan lebih daripada 30 tahun dalam beberapa tahun kebelakangan ini.

[4] Kecekapan semasa panel solar isi rumah adalah kira-kira 22%.

 

Silikon polihabluran berharga kurang daripada silikon monohabluran, tetapi kurang cekap dan mempunyai jangka hayat yang lebih pendek. Kecekapan yang lebih rendah bermakna lebih banyak panel dan lebih banyak kawasan diperlukan.

 

sel suria berasaskan teknologi galium arsenide berbilang simpang (GaAs) adalah lebih cekap daripada sel suria tradisional. Sel-sel ini mempunyai struktur berbilang lapisan, dan setiap lapisan menggunakan bahan yang berbeza, seperti indium gallium phosphide (GaInP), indium gallium arsenide (InGaAs) dan germanium (Ge), untuk menyerap panjang gelombang cahaya matahari yang berbeza. Walaupun sel multijunction ini dijangka mencapai kecekapan yang tinggi, mereka masih mengalami kos pembuatan yang tinggi dan penyelidikan dan pembangunan yang tidak matang, yang mengehadkan kemungkinan komersial dan aplikasi praktikal mereka.

 

02 filem

Aliran perdana produk fotovoltaik filem nipis di pasaran global ialah modul fotovoltaik kadmium telluride (CdTe). Berjuta-juta modul sedemikian telah dipasang di seluruh dunia, dengan kapasiti penjanaan kuasa puncak lebih daripada 30GW. Ia digunakan terutamanya untuk penjanaan kuasa skala utiliti di Amerika Syarikat. kilang.

 

Dalam teknologi filem nipis ini, modul solar 1 meter persegi mengandungi kurang kadmium berbanding bateri nikel-kadmium (Ni-Cd) bersaiz AAA. Di samping itu, kadmium dalam modul solar terikat kepada tellurium, yang tidak larut dalam air dan kekal stabil pada suhu setinggi 1,200°C. Faktor-faktor ini mengurangkan bahaya toksik menggunakan telurida kadmium dalam bateri filem nipis.

 

Kandungan telurium dalam kerak bumi hanya 0.001 bahagian per juta. Sama seperti platinum ialah unsur yang jarang berlaku, jarang telurium boleh menjejaskan kos modul telluride kadmium dengan ketara. Walau bagaimanapun, adalah mungkin untuk mengurangkan masalah ini melalui amalan kitar semula.

Kecekapan modul telur kadmium boleh mencapai 18.6%, dan kecekapan bateri dalam persekitaran makmal boleh melebihi 22%. [5] Menggunakan doping arsenik untuk menggantikan doping tembaga, yang telah digunakan sejak sekian lama, boleh meningkatkan hayat modul dan mencapai tahap yang setanding dengan bateri kristal.

 

03Teknologi baru muncul

 

Teknologi fotovoltaik yang baru muncul menggunakan filem ultra-nipis (kurang daripada 1 mikron) dan teknik pemendapan langsung akan mengurangkan kos pengeluaran dan menyediakan semikonduktor berkualiti tinggi untuk sel solar. Teknologi-teknologi ini dijangka menjadi pesaing kepada bahan-bahan terkenal seperti silikon, kadmium telluride dan galium arsenide.

 

[6]Terdapat tiga teknologi filem nipis yang terkenal dalam bidang ini: zink kuprum timah sulfida (Cu2ZnSnS4 atau CZTS), zink fosfida (Zn3P2) dan tiub nano karbon berdinding tunggal (SWCNT). Dalam persekitaran makmal, sel suria indium gallium selenide (CIGS) tembaga telah mencapai kecekapan puncak yang mengagumkan sebanyak 22.4%. Walau bagaimanapun, mereplikasi tahap kecekapan sedemikian pada skala komersial kekal sebagai cabaran.

[7]Sel filem nipis perovskit halida plumbum ialah teknologi suria yang menarik. Perovskite ialah sejenis bahan dengan struktur kristal tipikal formula kimia ABX3. Ia adalah mineral kuning, coklat atau hitam yang komponen utamanya ialah kalsium titanat (CaTiO3). Sel solar tandem perovskite berasaskan silikon berskala komersial yang dihasilkan oleh syarikat UK Oxford PV telah mencapai rekod kecekapan sebanyak 28.6% dan akan mula dikeluarkan tahun ini.

[8]Dalam beberapa tahun sahaja, sel suria perovskit telah mencapai kecekapan yang serupa dengan sel filem nipis telur kadmium sedia ada. Dalam penyelidikan awal dan pembangunan bateri perovskite, jangka hayat adalah isu besar, sangat singkat sehingga ia hanya boleh dikira dalam beberapa bulan.

Hari ini, sel perovskite mempunyai hayat perkhidmatan selama 25 tahun atau lebih. Pada masa ini, kelebihan sel solar perovskite adalah kecekapan penukaran yang tinggi (lebih daripada 25%), kos pengeluaran yang rendah dan suhu rendah yang diperlukan untuk proses pengeluaran.

 

Membina panel solar bersepadu

 

Sesetengah sel suria direka untuk menangkap hanya sebahagian daripada spektrum suria sambil membenarkan cahaya yang boleh dilihat melaluinya. Sel lutsinar ini dipanggil sel suria peka pewarna (DSC) dan dilahirkan di Switzerland pada tahun 1991. Keputusan R&D baharu dalam beberapa tahun kebelakangan ini telah meningkatkan kecekapan DSC, dan mungkin tidak lama lagi panel solar ini akan berada di pasaran.

 

Sesetengah syarikat memasukkan zarah nano bukan organik ke dalam lapisan kaca polikarbonat. Nanopartikel dalam teknologi ini mengalihkan bahagian tertentu spektrum ke pinggir kaca, membolehkan kebanyakan spektrum melaluinya. Cahaya yang tertumpu di pinggir kaca kemudiannya dimanfaatkan oleh sel suria. Di samping itu, teknologi untuk menggunakan bahan filem nipis perovskit pada tingkap solar lutsinar dan dinding luar bangunan sedang dikaji.

 

Bahan mentah yang diperlukan untuk tenaga suria

Bagi meningkatkan penjanaan tenaga suria, permintaan untuk melombong bahan mentah penting seperti silikon, perak, tembaga dan aluminium akan meningkat. Jabatan Tenaga AS menyatakan bahawa kira-kira 12% daripada silikon gred metalurgi (MGS) dunia diproses menjadi polisilikon untuk panel solar.

 

China ialah pemain utama dalam bidang ini, menghasilkan kira-kira 70% daripada MGS dunia dan 77% daripada bekalan polisilikonnya pada tahun 2020.

 

Proses menukar silikon kepada polisilikon memerlukan suhu yang sangat tinggi. Di China, tenaga untuk proses ini terutamanya berasal daripada arang batu. Xinjiang mempunyai sumber arang batu yang banyak dan kos elektrik yang rendah, dan pengeluaran polysiliconnya menyumbang 45% daripada pengeluaran global.

 

[12]Pengeluaran panel solar menggunakan kira-kira 10% daripada perak dunia. Perlombongan perak berlaku terutamanya di Mexico, China, Peru, Chile, Australia, Rusia dan Poland dan boleh membawa kepada masalah seperti pencemaran logam berat dan pemindahan paksa komuniti tempatan.

 

Perlombongan tembaga dan aluminium juga menimbulkan cabaran guna tanah. Kajian Geologi AS menyatakan bahawa Chile menyumbang 27% daripada pengeluaran tembaga global, diikuti oleh Peru (10%), China (8%) dan Republik Demokratik Congo (8%). Agensi Tenaga Antarabangsa (IEA) percaya bahawa jika penggunaan tenaga boleh diperbaharui global mencapai 100% menjelang 2050, permintaan untuk tembaga daripada projek solar akan meningkat hampir tiga kali ganda.

[13]Kesimpulan

 

Adakah tenaga suria suatu hari nanti akan menjadi sumber tenaga utama kita? Harga tenaga suria jatuh dan kecekapan bertambah baik. Sementara itu, terdapat banyak laluan teknologi solar yang berbeza untuk dipilih. Bilakah kita akan mengenal pasti satu atau dua teknologi dan menjadikannya benar-benar berfungsi? Bagaimana untuk mengintegrasikan tenaga suria ke dalam grid?

 

Evolusi tenaga suria daripada kepakaran kepada arus perdana menyerlahkan potensinya untuk memenuhi dan melebihi keperluan tenaga kita. Walaupun sel solar kristal kini menguasai pasaran, kemajuan dalam teknologi filem nipis dan teknologi baru muncul seperti telurda kadmium dan perovskit membuka jalan untuk aplikasi solar yang lebih cekap dan bersepadu. Tenaga suria masih menghadapi banyak cabaran, seperti kesan alam sekitar perlombongan bahan mentah dan kesesakan dalam pengeluaran, tetapi bagaimanapun, ia adalah industri yang berkembang pesat, inovatif dan menjanjikan.

 

Dengan keseimbangan kemajuan teknologi dan amalan mampan yang betul, pertumbuhan dan pembangunan tenaga suria akan membuka jalan untuk masa depan tenaga yang lebih bersih dan lebih banyak. Oleh sebab itu, ia akan menunjukkan pertumbuhan yang ketara dalam campuran tenaga AS dan dijangka menjadi penyelesaian mampan global.