සූර්ය කෝෂ වර්ග පිළිබඳ කෙටි සාකච්ඡාවක්

සූර්ය බලශක්තිය කලක් දියුණු අභ්‍යවකාශ යානා සහ සමහර අලංකාර උපකරණ සඳහා පමණක් සීමා වූ නමුත් එය තවදුරටත් එසේ නොවේ. පසුගිය දශකය තුළ සූර්ය බලශක්තිය සුවිශේෂී බලශක්ති ප්‍රභවයක සිට ගෝලීය බලශක්ති භූ දර්ශනයේ ප්‍රධාන කුළුණක් බවට පරිවර්තනය වී ඇත.

පෘථිවිය අඛණ්ඩව ආසන්න වශයෙන් 173,000TW සූර්ය විකිරණවලට නිරාවරණය වන අතර එය ගෝලීය සාමාන්‍ය විදුලි ඉල්ලුම මෙන් දස ගුණයකටත් වඩා වැඩිය.

[1] මෙයින් අදහස් කරන්නේ සූර්ය බලශක්තියට අපගේ සියලු බලශක්ති අවශ්‍යතා සපුරාලීමේ හැකියාව ඇති බවයි.

2023 වසරේ පළමු භාගයේදී, සූර්ය බලශක්ති උත්පාදනය සමස්ත එක්සත් ජනපද විදුලි උත්පාදනයෙන් 5.77% ක් වූ අතර එය 2022 දී 4.95% සිට ඉහළ ගොස් තිබේ.

[2] 2022 දී එක්සත් ජනපද විදුලිබල උත්පාදනයෙන් 60.4% ක් පමණ පොසිල ඉන්ධන (ප්‍රධාන වශයෙන් ස්වාභාවික වායු සහ ගල් අඟුරු) විසින් දරනු ඇතත්,

[3] නමුත් සූර්ය බලශක්තියේ වර්ධනය වන බලපෑම සහ සූර්ය බලශක්ති තාක්ෂණයේ වේගවත් සංවර්ධනය අවධානය යොමු කළ යුතුය.

 

සූර්ය කෝෂ වර්ග

 

වර්තමානයේ, වෙළඳපොලේ සූර්ය කෝෂ ප්‍රධාන කාණ්ඩ තුනක් (ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා (PV) සෛල ලෙසද හැඳින්වේ) ඇත: ස්ඵටිකරූපී, තුනී පටල සහ නැගී එන තාක්ෂණයන්. කාර්යක්ෂමතාව, පිරිවැය සහ ආයු කාලය අනුව මෙම බැටරි වර්ග තුනටම තමන්ගේම වාසි ඇත.

 

01 ස්ඵටික

බොහෝ නිවාස වහල මත සවි කරන සූර්ය පැනල අධි-පිරිසිදු ඒක ස්ඵටිකරූපී සිලිකන් වලින් සාදා ඇත. මෙම වර්ගයේ බැටරි මෑත වසරවලදී 26% කට වඩා කාර්යක්ෂමතාවයක් සහ වසර 30 කට වඩා වැඩි සේවා කාලයක් ලබා ගෙන ඇත.

[4] ගෘහස්ථ සූර්ය පැනලවල වත්මන් කාර්යක්ෂමතාව 22% ක් පමණ වේ.

 

බහු ස්ඵටික සිලිකන් වල මිල ඒක ස්ඵටික සිලිකන් වලට වඩා අඩු නමුත් කාර්යක්ෂමතාව අඩු වන අතර ආයු කාලය කෙටි වේ. අඩු කාර්යක්ෂමතාව යනු වැඩි පැනල් සහ වැඩි ප්‍රදේශයක් අවශ්‍ය වීමයි.

 

සූර්ය කෝෂබහු-හන්දි ගැලියම් ආසනයිඩ් (GaAs) තාක්ෂණය මත පදනම් වූ ඒවා සාම්ප්‍රදායික සූර්ය කෝෂවලට වඩා කාර්යක්ෂම වේ. මෙම සෛල බහු-ස්ථර ව්‍යුහයක් ඇති අතර, එක් එක් ස්ථරයට හිරු එළියේ විවිධ තරංග ආයාම අවශෝෂණය කර ගැනීම සඳහා ඉන්ඩියම් ගැලියම් පොස්පයිඩ් (GaInP), ඉන්ඩියම් ගැලියම් ආසනයිඩ් (InGaAs) සහ ජර්මේනියම් (Ge) වැනි වෙනස් ද්‍රව්‍යයක් භාවිතා කරයි. මෙම බහු-හන්දි සෛල ඉහළ කාර්යක්ෂමතාවයක් අත්කර ගනු ඇතැයි අපේක්ෂා කළද, ඒවා තවමත් ඉහළ නිෂ්පාදන පිරිවැයකින් සහ නොමේරූ පර්යේෂණ සහ සංවර්ධනයකින් පීඩා විඳින අතර එමඟින් ඒවායේ වාණිජමය ශක්‍යතාව සහ ප්‍රායෝගික යෙදුම් සීමා වේ.

 

චිත්‍රපට 02

ගෝලීය වෙළඳපොලේ තුනී පටල ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා නිෂ්පාදනවල ප්‍රධාන ධාරාව වන්නේ කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් (CdTe) ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා මොඩියුලයි. ලොව පුරා එවැනි මොඩියුල මිලියන ගණනක් ස්ථාපනය කර ඇති අතර, උපරිම බලශක්ති උත්පාදන ධාරිතාව 30GW ට වඩා වැඩිය. ඒවා ප්‍රධාන වශයෙන් එක්සත් ජනපදයේ උපයෝගිතා පරිමාණයේ විදුලි උත්පාදනය සඳහා යොදා ගනී. කර්මාන්ත ශාලාව.

 

මෙම තුනී පටල තාක්ෂණය තුළ, වර්ග මීටර් 1 ක සූර්ය මොඩියුලයක AAA ප්‍රමාණයේ නිකල්-කැඩ්මියම් (Ni-Cd) බැටරියකට වඩා අඩු කැඩ්මියම් අඩංගු වේ. ඊට අමතරව, සූර්ය මොඩියුලවල ඇති කැඩ්මියම් ටෙලුරියම් සමඟ බැඳී ඇති අතර එය ජලයේ දිය නොවන අතර 1,200°C තරම් ඉහළ උෂ්ණත්වයකදී ස්ථායීව පවතී. මෙම සාධක තුනී පටල බැටරිවල කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් භාවිතා කිරීමේ විෂ සහිත උපද්‍රව අවම කරයි.

 

පෘථිවි පෘෂ්ඨයේ ටෙලුරියම් අන්තර්ගතය මිලියනයකට කොටස් 0.001 ක් පමණි. ප්ලැටිනම් දුර්ලභ මූලද්‍රව්‍යයක් සේම, ටෙලුරියම් වල දුර්ලභත්වය කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් මොඩියුලයක පිරිවැයට සැලකිය යුතු ලෙස බලපෑ හැකිය. කෙසේ වෙතත්, ප්‍රතිචක්‍රීකරණ පිළිවෙත් හරහා මෙම ගැටළුව සමනය කළ හැකිය.

කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් මොඩියුලවල කාර්යක්ෂමතාව 18.6% දක්වා ළඟා විය හැකි අතර රසායනාගාර පරිසරයක බැටරි කාර්යක්ෂමතාව 22% ඉක්මවිය හැක. [5] දිගු කලක් තිස්සේ භාවිතා කර ඇති තඹ මාත්‍රණය වෙනුවට ආසනික් මාත්‍රණය භාවිතා කිරීමෙන් මොඩියුලයේ ආයු කාලය බෙහෙවින් වැඩිදියුණු කළ හැකි අතර ස්ඵටික බැටරි හා සැසඳිය හැකි මට්ටමකට ළඟා විය හැකිය.

 

03නැගී එන තාක්ෂණයන්

 

අතිශය තුනී පටල (මයික්‍රෝන 1 ට අඩු) සහ සෘජු තැන්පත් කිරීමේ ශිල්පීය ක්‍රම භාවිතා කරමින් නැගී එන ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා තාක්ෂණයන් නිෂ්පාදන පිරිවැය අඩු කරන අතර සූර්ය කෝෂ සඳහා උසස් තත්ත්වයේ අර්ධ සන්නායක සපයනු ඇත. මෙම තාක්ෂණයන් සිලිකන්, කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් සහ ගැලියම් ආසනයිඩ් වැනි ස්ථාපිත ද්‍රව්‍යවලට තරඟකරුවන් බවට පත්වනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ.

 

[6]මෙම ක්ෂේත්‍රයේ ප්‍රසිද්ධ තුනී පටල තාක්ෂණයන් තුනක් තිබේ: තඹ සින්ක් ටින් සල්ෆයිඩ් (Cu2ZnSnS4 හෝ CZTS), සින්ක් පොස්ෆයිඩ් (Zn3P2) සහ තනි බිත්ති සහිත කාබන් නැනෝ ටියුබ් (SWCNT). රසායනාගාර සැකසුමක දී, තඹ ඉන්ඩියම් ගැලියම් සෙලනයිඩ් (CIGS) සූර්ය කෝෂ 22.4% ක ආකර්ෂණීය උපරිම කාර්යක්ෂමතාවයකට ළඟා වී ඇත. කෙසේ වෙතත්, වාණිජ පරිමාණයෙන් එවැනි කාර්යක්ෂමතා මට්ටම් අනුකරණය කිරීම අභියෝගයක් ලෙස පවතී.

[7] ඊයම් හැලයිඩ් පෙරොව්ස්කයිට් තුනී පටල සෛල ආකර්ශනීය නැගී එන සූර්ය තාක්‍ෂණයකි. පෙරොව්ස්කයිට් යනු ABX3 රසායනික සූත්‍රයේ සාමාන්‍ය ස්ඵටික ව්‍යුහයක් සහිත ද්‍රව්‍ය වර්ගයකි. එය කහ, දුඹුරු හෝ කළු ඛනිජයක් වන අතර එහි ප්‍රධාන සංරචකය කැල්සියම් ටයිටනේට් (CaTiO3) වේ. එක්සත් රාජධානියේ සමාගමක් වන ඔක්ස්ෆර්ඩ් පීවී විසින් නිෂ්පාදනය කරන ලද වාණිජ පරිමාණ සිලිකන් මත පදනම් වූ පෙරොව්ස්කයිට් ටැන්ඩම් සූර්ය කෝෂ 28.6% ක වාර්තාගත කාර්යක්ෂමතාවයක් ලබා ඇති අතර මෙම වසරේ නිෂ්පාදනයට පිවිසෙනු ඇත.

[8] වසර කිහිපයකින්, පෙරොව්ස්කයිට් සූර්ය කෝෂ පවතින කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් තුනී පටල සෛලවලට සමාන කාර්යක්ෂමතාවයක් ලබා ගෙන ඇත. පෙරොව්ස්කයිට් බැටරි පිළිබඳ මුල් පර්යේෂණ හා සංවර්ධනයේදී, ආයු කාලය විශාල ගැටළුවක් වූ අතර, එය මාස කිහිපයකින් පමණක් ගණනය කළ හැකි තරම් කෙටි විය.

අද වන විට, පෙරොව්ස්කයිට් සෛලවල සේවා කාලය අවුරුදු 25ක් හෝ ඊට වැඩි ය. වර්තමානයේ, පෙරොව්ස්කයිට් සූර්ය කෝෂ වල වාසි වන්නේ ඉහළ පරිවර්තන කාර්යක්ෂමතාව (25% ට වැඩි), අඩු නිෂ්පාදන පිරිවැය සහ නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියට අවශ්‍ය අඩු උෂ්ණත්වයන් ය.

 

ඒකාබද්ධ සූර්ය පැනල ගොඩනැගීම

 

සමහර සූර්ය කෝෂ නිර්මාණය කර ඇත්තේ දෘශ්‍ය ආලෝකය හරහා ගමන් කිරීමට ඉඩ සලසමින් සූර්ය වර්ණාවලියේ කොටසක් පමණක් ග්‍රහණය කර ගැනීමටයි. මෙම විනිවිද පෙනෙන සෛල ඩයි-සංවේදී සූර්ය කෝෂ (DSC) ලෙස හඳුන්වන අතර 1991 දී ස්විට්සර්ලන්තයේ උපත ලැබීය. මෑත වසරවල නව පර්යේෂණ සහ සංවර්ධන ප්‍රතිඵල DSC වල කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කර ඇති අතර, මෙම සූර්ය පැනල වෙළඳපොළට පැමිණීමට වැඩි කලක් ගත නොවනු ඇත.

 

සමහර සමාගම් වීදුරු වල පොලිකාබනේට් ස්ථර වලට අකාබනික නැනෝ අංශු ඇතුල් කරයි. මෙම තාක්ෂණයේ නැනෝ අංශු වර්ණාවලියේ නිශ්චිත කොටස් වීදුරුවේ කෙළවරට මාරු කරන අතර එමඟින් වර්ණාවලියේ වැඩි කොටසක් හරහා ගමන් කිරීමට ඉඩ සලසයි. වීදුරුවේ කෙළවරේ සාන්ද්‍රණය වී ඇති ආලෝකය සූර්ය කෝෂ මගින් උපයෝගී කර ගනී. ඊට අමතරව, විනිවිද පෙනෙන සූර්ය කවුළුවලට පෙරොව්ස්කයිට් තුනී පටල ද්‍රව්‍ය යෙදීම සහ බාහිර බිත්ති තැනීම සඳහා තාක්ෂණය දැනට අධ්‍යයනය කරමින් පවතී.

 

සූර්ය බලශක්තිය සඳහා අවශ්‍ය අමුද්‍රව්‍ය

සූර්ය බලශක්ති උත්පාදනය වැඩි කිරීම සඳහා සිලිකන්, රිදී, තඹ සහ ඇලුමිනියම් වැනි වැදගත් අමුද්‍රව්‍ය කැණීම සඳහා ඇති ඉල්ලුම වැඩි වනු ඇත. එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුව පවසන්නේ ලෝකයේ ලෝහ විද්‍යාත්මක ශ්‍රේණියේ සිලිකන් (MGS) වලින් ආසන්න වශයෙන් 12% ක් සූර්ය පැනල සඳහා පොලිසිලිකන් බවට සැකසෙන බවයි.

 

චීනය මෙම ක්ෂේත්‍රයේ ප්‍රධාන ක්‍රීඩකයෙකි, 2020 දී ලෝකයේ MGS වලින් 70% ක් පමණ සහ එහි පොලිසිලිකන් සැපයුමෙන් 77% ක් නිෂ්පාදනය කරයි.

 

සිලිකන් පොලිසිලිකන් බවට පරිවර්තනය කිරීමේ ක්‍රියාවලියට ඉතා ඉහළ උෂ්ණත්වයක් අවශ්‍ය වේ. චීනයේ මෙම ක්‍රියාවලීන් සඳහා ශක්තිය ප්‍රධාන වශයෙන් ගල් අඟුරු වලින් ලැබේ. ෂින්ජියැංහි බහුල ගල් අඟුරු සම්පත් සහ අඩු විදුලි පිරිවැයක් ඇති අතර, එහි පොලිසිලිකන් නිෂ්පාදනය ගෝලීය නිෂ්පාදනයෙන් 45% ක් පමණ වේ.

 

[12] සූර්ය පැනල නිෂ්පාදනය සඳහා ලෝකයේ රිදී වලින් 10% ක් පමණ පරිභෝජනය කරයි. රිදී කැණීම ප්‍රධාන වශයෙන් මෙක්සිකෝව, චීනය, පේරු, චිලී, ඕස්ට්‍රේලියාව, රුසියාව සහ පෝලන්තය යන රටවල සිදු වන අතර බැර ලෝහ දූෂණය සහ ප්‍රාදේශීය ප්‍රජාවන් බලහත්කාරයෙන් නැවත පදිංචි කිරීම වැනි ගැටළු වලට තුඩු දිය හැකිය.

 

තඹ සහ ඇලුමිනියම් කැණීම ඉඩම් භාවිතය සඳහා ද අභියෝග එල්ල කරයි. ගෝලීය තඹ නිෂ්පාදනයෙන් 27% ක් චිලී රාජ්‍යය විසින් දරන බවත්, පසුව පේරු (10%), චීනය (8%) සහ කොංගෝ ප්‍රජාතන්ත්‍රවාදී ජනරජය (8%) බවත් එක්සත් ජනපද භූ විද්‍යා සමීක්ෂණය සඳහන් කරයි. 2050 වන විට ගෝලීය පුනර්ජනනීය බලශක්ති භාවිතය 100% දක්වා ළඟා වුවහොත්, සූර්ය බලශක්ති ව්‍යාපෘතිවලින් තඹ සඳහා ඇති ඉල්ලුම තුන් ගුණයකින් පමණ වැඩි වනු ඇතැයි ජාත්‍යන්තර බලශක්ති ඒජන්සිය (IEA) විශ්වාස කරයි.

[13] නිගමනය

 

කවදා හරි සූර්ය බලශක්තිය අපේ ප්‍රධාන බලශක්ති ප්‍රභවය බවට පත්වේවිද? සූර්ය බලශක්තියේ මිල පහත වැටෙමින් පවතින අතර කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු වෙමින් පවතී. මේ අතර, තෝරා ගැනීමට විවිධ සූර්ය තාක්ෂණ මාර්ග රාශියක් තිබේ. අපි තාක්ෂණයන් එකක් හෝ දෙකක් හඳුනාගෙන ඒවා සැබවින්ම ක්‍රියාත්මක කරන්නේ කවදාද? සූර්ය බලශක්තිය ජාලයට ඒකාබද්ධ කරන්නේ කෙසේද?

 

සූර්ය බලශක්තියේ විශේෂත්වයේ සිට ප්‍රධාන ධාරාව දක්වා පරිණාමය අපගේ බලශක්ති අවශ්‍යතා සපුරාලීමට සහ ඉක්මවා යාමට ඇති හැකියාව ඉස්මතු කරයි. ස්ඵටිකරූපී සූර්ය කෝෂ දැනට වෙළඳපොලේ ආධිපත්‍යය දරන අතර, තුනී පටල තාක්‍ෂණයේ දියුණුව සහ කැඩ්මියම් ටෙලුරයිඩ් සහ පෙරොව්ස්කයිට් වැනි නැගී එන තාක්‍ෂණයන් වඩාත් කාර්යක්ෂම හා ඒකාබද්ධ සූර්ය යෙදුම් සඳහා මග පාදයි. අමුද්‍රව්‍ය කැණීමේ පාරිසරික බලපෑම සහ නිෂ්පාදනයේ බාධක වැනි බොහෝ අභියෝගවලට සූර්ය බලශක්තිය තවමත් මුහුණ දෙයි, නමුත් සියල්ලට පසු, එය වේගයෙන් වර්ධනය වන, නව්‍ය සහ පොරොන්දු වූ කර්මාන්තයකි.

 

තාක්ෂණික දියුණුව සහ තිරසාර භාවිතයන්හි නිවැරදි සමතුලිතතාවය සමඟින්, සූර්ය බලශක්තියේ වර්ධනය හා සංවර්ධනය පිරිසිදු, වඩාත් බහුල බලශක්ති අනාගතයකට මග පාදනු ඇත. මේ නිසා, එය එක්සත් ජනපද බලශක්ති මිශ්‍රණයේ සැලකිය යුතු වර්ධනයක් පෙන්නුම් කරන අතර ගෝලීය තිරසාර විසඳුමක් බවට පත්වනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ.