Novas
Unha breve discusión sobre os tipos de células solares
A enerxía solar era unha vez reserva de naves espaciais avanzadas e algúns aparellos elegantes, pero xa non é así. Durante a última década, a enerxía solar pasou dunha fonte de enerxía de nicho a un piar importante do panorama enerxético mundial.
A Terra está continuamente exposta a aproximadamente 173.000 TW de radiación solar, o que supón máis de dez veces a demanda media mundial de electricidade.
[1] Isto significa que a enerxía solar ten a capacidade de satisfacer todas as nosas necesidades enerxéticas.
No primeiro semestre de 2023, a xeración de enerxía solar representou o 5,77% da xeración total de enerxía dos EUA, fronte ao 4,95% en 2022.
[2] Aínda que os combustibles fósiles (principalmente gas natural e carbón) representarán ata o 60,4% da xeración de enerxía dos Estados Unidos en 2022,
[3] Pero a crecente influencia da enerxía solar e o rápido desenvolvemento da tecnoloxía da enerxía solar merecen atención.
Actualmente, hai tres grandes categorías de células solares (tamén coñecidas como células fotovoltaicas (PV)) no mercado: tecnoloxías cristalinas, de película fina e emerxentes. Estes tres tipos de baterías teñen as súas propias vantaxes en termos de eficiencia, custo e vida útil.
01 cristal
A maioría dos paneis solares do tellado doméstico están feitos de silicio monocristalino de alta pureza. Este tipo de batería acadou unha eficiencia superior ao 26% e unha vida útil de máis de 30 anos nos últimos anos.
[4] A eficiencia actual dos paneis solares domésticos é dun 22%.
O silicio policristalino custa menos que o silicio monocristalino, pero é menos eficiente e ten unha vida útil máis curta. A menor eficiencia significa que se necesitan máis paneis e máis superficie.
Células solaresbaseados na tecnoloxía de arseniuro de galio multiunión (GaAs) son máis eficientes que as células solares tradicionais. Estas células teñen unha estrutura multicapa, e cada capa utiliza un material diferente, como o fosfuro de indio galio (GaInP), o arseniuro de indio galio (InGaAs) e o xermanio (Ge), para absorber diferentes lonxitudes de onda da luz solar. Aínda que se espera que estas células multiunión alcancen altas eficiencias, aínda sofren altos custos de fabricación e investigación e desenvolvemento inmaduros, o que limita a súa viabilidade comercial e aplicacións prácticas.
02 película
A corrente principal de produtos fotovoltaicos de película fina no mercado global son os módulos fotovoltaicos de telururo de cadmio (CdTe). Millóns deste tipo de módulos instaláronse en todo o mundo, cunha capacidade máxima de xeración de enerxía de máis de 30 GW. Utilízanse principalmente para a xeración de enerxía a escala de servizos públicos nos Estados Unidos. fábrica.
Nesta tecnoloxía de película delgada, un módulo solar de 1 metro cadrado contén menos cadmio que unha batería de níquel-cadmio (Ni-Cd) de tamaño AAA. Ademais, o cadmio dos módulos solares está unido ao telurio, que é insoluble en auga e permanece estable a temperaturas de ata 1.200 °C. Estes factores mitigan os riscos tóxicos do uso de telururo de cadmio en baterías de película fina.
O contido de telurio na codia terrestre é de só 0,001 partes por millón. Do mesmo xeito que o platino é un elemento raro, a rareza do telurio pode afectar significativamente o custo dun módulo de teluro de cadmio. Non obstante, é posible paliar este problema mediante prácticas de reciclaxe.
A eficiencia dos módulos de telururo de cadmio pode alcanzar o 18,6% e a eficiencia da batería nun ambiente de laboratorio pode superar o 22%. [5] O uso do dopaxe de arsénico para substituír o dopaxe de cobre, que se utilizou durante moito tempo, pode mellorar moito a vida do módulo e alcanzar un nivel comparable ás baterías de cristal.
03 Tecnoloxías emerxentes
As tecnoloxías fotovoltaicas emerxentes que utilizan películas ultrafinas (menos de 1 micra) e técnicas de deposición directa reducirán os custos de produción e proporcionarán semicondutores de alta calidade para as células solares. Espérase que estas tecnoloxías sexan competidoras de materiais establecidos como o silicio, o telururo de cadmio e o arseniuro de galio.
[6]Hai tres tecnoloxías de película fina ben coñecidas neste campo: sulfuro de cobre-zinc-estaño (Cu2ZnSnS4 ou CZTS), fosfuro de cinc (Zn3P2) e nanotubos de carbono de parede única (SWCNT). Nun escenario de laboratorio, as células solares de seleniuro de cobre indio galio (CIGS) alcanzaron unha impresionante eficiencia máxima do 22,4%. Non obstante, replicar tales niveis de eficiencia a escala comercial segue sendo un reto.
[7]As células de película fina de perovskita de haluro de chumbo son unha tecnoloxía solar emerxente atractiva. A perovskita é un tipo de substancia cunha estrutura cristalina típica da fórmula química ABX3. É un mineral amarelo, marrón ou negro cuxo compoñente principal é o titanato de calcio (CaTiO3). As células solares en tándem de perovskita a base de silicio a escala comercial producidas pola empresa británica Oxford PV acadaron unha eficiencia récord do 28,6% e entrarán en produción este ano.
[8]En só uns anos, as células solares de perovskita acadaron eficiencias similares ás das existentes das células de película fina de telururo de cadmio. Nos primeiros anos de investigación e desenvolvemento das baterías de perovskita, a vida útil era un gran problema, tan curta que só se podía calcular en meses.
Hoxe, as células de perovskita teñen unha vida útil de 25 anos ou máis. Actualmente, as vantaxes das células solares de perovskita son a alta eficiencia de conversión (máis do 25%), os baixos custos de produción e as baixas temperaturas necesarias para o proceso de produción.
Construción de paneis solares integrados
Algunhas células solares están deseñadas para capturar só unha parte do espectro solar mentres permiten o paso da luz visible. Estas células transparentes chámanse células solares sensibilizadas por colorantes (DSC) e naceron en Suíza en 1991. Os novos resultados de I+D dos últimos anos melloraron a eficiencia dos DSC, e pode que non pase moito tempo antes de que estes paneis solares estean no mercado.
Algunhas empresas infunden nanopartículas inorgánicas en capas de policarbonato de vidro. As nanopartículas desta tecnoloxía desprazan partes específicas do espectro ao bordo do vidro, permitindo que a maior parte do espectro pase. A luz concentrada no bordo do vidro é entón aproveitada por células solares. Ademais, estase a estudar actualmente tecnoloxía para aplicar materiais de película fina de perovskita a fiestras solares transparentes e muros exteriores de construción.
Materias primas necesarias para a enerxía solar
Para aumentar a xeración de enerxía solar, aumentará a demanda de minería de materias primas importantes como silicio, prata, cobre e aluminio. O Departamento de Enerxía dos Estados Unidos afirma que aproximadamente o 12% do silicio de grao metalúrxico (MGS) do mundo é procesado en polisilicio para paneis solares.
China é un actor importante neste campo, producindo aproximadamente o 70% do MGS mundial e o 77% da súa oferta de polisilicio en 2020.
O proceso de conversión de silicio en polisilicio require temperaturas moi elevadas. En China, a enerxía para estes procesos procede principalmente do carbón. Xinjiang ten abundantes recursos de carbón e baixos custos de electricidade, e a súa produción de polisilicio representa o 45% da produción mundial.
[12]A produción de paneis solares consome aproximadamente o 10% da prata mundial. A minería de prata prodúcese principalmente en México, China, Perú, Chile, Australia, Rusia e Polonia e pode provocar problemas como a contaminación de metais pesados e a deslocalización forzada das comunidades locais.
A minería de cobre e aluminio tamén supón retos de uso da terra. O Servizo Xeolóxico dos Estados Unidos sinala que Chile representa o 27% da produción mundial de cobre, seguido de Perú (10%), China (8%) e a República Democrática do Congo (8%). A Axencia Internacional da Enerxía (AIE) considera que se o uso global de enerxía renovable alcanza o 100% en 2050, a demanda de cobre dos proxectos solares case se triplicará.
[13]Conclusión
A enerxía solar converterase algún día na nosa principal fonte de enerxía? O prezo da enerxía solar está a baixar e a eficiencia mellora. Mentres tanto, hai moitas rutas diferentes de tecnoloxía solar para escoller. Cando identificaremos unha ou dúas tecnoloxías e faremos que funcionen realmente? Como integrar a enerxía solar na rede?
A evolución da enerxía solar de especialidade a corrente principal destaca o seu potencial para satisfacer e superar as nosas necesidades enerxéticas. Aínda que as células solares cristalinas dominan actualmente o mercado, os avances na tecnoloxía de película fina e tecnoloxías emerxentes como o telururo de cadmio e as perovskitas están abrindo o camiño para aplicacións solares máis eficientes e integradas. A enerxía solar aínda enfróntase a moitos retos, como o impacto ambiental da minería de materias primas e os pescozos de botella na produción, pero despois de todo, é unha industria de rápido crecemento, innovadora e prometedora.
Co equilibrio adecuado de avances tecnolóxicos e prácticas sostibles, o crecemento e desenvolvemento da enerxía solar abrirá o camiño para un futuro enerxético máis limpo e abundante. Debido a isto, mostrará un crecemento significativo no mix enerxético dos Estados Unidos e espérase que se converta nunha solución global sostible.