Што такое тонкаплёнкавыя сонечныя панэлі

1. Што такое тонкаплёнкавыя сонечныя панэлі?

У адрозненне ад сонечных батарэй першага пакалення, вырабленых з адна- або мультыкрышталічнага крэмнію, тонкаплёнкавыя сонечныя панэлі вырабляюцца з выкарыстаннем аднаго або некалькіх слаёў фотаэлектрычных элементаў на паверхні, якая складаецца з рознага шкла, пластыка або металу для пераўтварэння сонечнае святло ў электрычнасць. І найбольш часта выкарыстоўваюцца для тонкаплёнкавых сонечных тэхналогій - тэлурыд кадмію (CdTe), селенід медзі індый-галію (CIGS), аморфны крэмній (a-Si) і арсенід галію (GaAs).

2 Структура тонкаплёнкавых сонечных панэляў

Тонкаплёнкавыя сонечныя панэлі складаюцца з вялікай колькасці тонкаплёнкавых сонечных элементаў і выкарыстоўваюць светлавую энергію (фатоны) ад Сонца для вытворчасці электрычнасці праз фотаэлектрычны эфект Ён таксама ўключае ў сябе пласты, задні ліст і размеркавальную скрынку, усе яны працуюць разам, каб забяспечыць нармальную працу сонечных панэляў.

Што такое тонкаплёнкавыя сонечныя элементы?

Тонкаплёнкавыя сонечныя элементы - гэта электронныя прылады, якія пераўтвараюць сонечнае святло ў электрычную энергію з дапамогай фотаэлектрычнага эфекту. Тонкаплёнкавыя элементы маюць тэндэнцыю выкарыстоўваць значна менш матэрыялу - актыўная вобласць элемента звычайна мае таўшчыню ўсяго ад 1 да 10 мікраметраў. Акрамя таго, тонкаплёнкавыя клеткі звычайна можна вырабляць у працэсе вытворчасці вялікай плошчы, які можа быць аўтаматызаваным бесперапынным вытворчым працэсам.

Больш за тое, для працы тонкаплёнкавых сонечных панэляў выкарыстоўваецца тонкі пласт празрыстага электраправоднага аксіду, напрыклад, аксіду волава. У той час як тонкаплёнкавыя клеткі складаюцца з мноства драбнюткіх крышталічных зерняў паўправадніковых матэрыялаў, каб лепш стварыць электрычнае поле з інтэрфейсам, які называецца гетэрапераходам. Generalloy такога роду тонкаплёнкавыя прылады могуць быць выраблены як адзінае цэлае - гэта значыць маналітна - з паслядоўным нанясеннем пласта за пластом на некаторую падкладку, уключаючы нанясенне антыблікаючага пакрыцця і празрыстага токаправоднага аксіду.

Што такое пласты?

Звычайна тонкаплёнкавыя сонечныя панэлі маюць зверху вельмі тонкі (менш за 0,1 мікрона) пласт, які называецца "аконным", каб паглынаць светлавую энергію толькі з высокаэнергетычнага канца спектру. Ён павінен быць дастаткова тонкім і мець дастаткова шырокую забароненую зону (2,8 эВ або больш), каб прапускаць усё даступнае святло праз мяжу (гетэрапераход) да паглынальнага пласта. Паглынальны пласт пад акном, звычайна легіраваны p-тыпу, абсталяваны высокай здольнасцю паглынання (здольнасцю паглынаць фатоны) для моцнага току і адпаведнай шырынёй забароненай зоны для забеспячэння добрага напружання.

Што такое тыльны ліст?

Як палімер або камбінацыя палімераў з рознымі дадаткамі, тыльны ліст прызначаны для забеспячэння бар'ера паміж сонечнымі элементамі і знешнім асяроддзем. З чаго мы бачым, што задні ліст з'яўляецца найважнейшым кампанентам даўгавечнасці, эфектыўнасці і даўгавечнасці сонечнай панэлі.

Што такое размеркавальная скрынка?

Як электрычны корпус, які выкарыстоўваецца для размяшчэння і абароны электрычных злучэнняў, размеркавальная скрынка спецыяльна распрацавана, каб забяспечыць бяспечнае і надзейнае асяроддзе для электрычных злучэнняў, каб прадухіліць выпадковы кантакт з правадамі пад напругай і спрасціць абслугоўванне або рамонт у будучыні. Звычайна фотаэлектрычная размеркавальная скрынка мацуецца да задняй панэлі сонечнай панэлі і выконвае функцыі яе выхаднога інтэрфейсу. Знешнія злучэнні для большасці фотаэлектрычных модуляў выкарыстоўваюць раздымы MC4 для палягчэння абароненых ад атмасферных уздзеянняў злучэнняў з астатняй часткай сістэмы. Інтэрфейс сілкавання USB таксама можна выкарыстоўваць.

3 Гісторыя развіцця тонкаплёнкавых сонечных панэляў

Гісторыя тонкаплёнкавых сонечных панэляў бярэ пачатак у 1970-х гадах, калі даследчыкі пачалі сваё першае даследаванне выкарыстання тонкай плёнкі (a-Si) паўправаднікоў для выкарыстання сонечнай энергіі, у той час цікавасць да тонкаплёнкавай тэхналогіі для камерцыйнага выкарыстання і аэракасмічнае прымяненне спрыяе распрацоўцы тонкаплёнкавых сонечных прылад з аморфнага крэмнія.

У 1980-я гады прагрэс у тэхналогіі спрыяў пашырэнню існуючых тонкаплёнкавых матэрыялаў у новыя, такія як тэлурыд кадмію (CdTe) і селенід медзі-індыю-галію (CIGS), які мае больш высокую эфектыўнасць пераўтварэння і меншы кошт вытворчасці.

1990-я і 2000-я гады былі часам значнага прагрэсу ў даследаванні новых сонечных матэрыялаў трэцяга пакалення - матэрыялаў з патэнцыялам пераадолення тэарэтычных межаў эфектыўнасці традыцыйных цвёрдацельных матэрыялаў. Былі распрацаваны новыя прадукты, такія як сенсібілізаваныя да фарбавальнікаў сонечныя элементы, сонечныя элементы з квантавымі кропкамі.

У 2010-х і пачатку 2020-х інавацыі ў тонкаплёнкавых сонечных тэхналогіях уключалі намаганні па пашырэнні сонечных тэхналогій трэцяга пакалення для новых прыкладанняў і зніжэння вытворчых выдаткаў. У 2004 годзе Нацыянальная лабараторыя аднаўляльных крыніц энергіі (NREL) дасягнула сусветнага рэкорду эфектыўнасці 19,9% для тонкаплёнкавага модуля CIGS. У 2022 г. гнуткія арганічныя тонкаплёнкавыя сонечныя батарэі былі ўбудаваны ў тканіну.

У наш час гнуткія арганічныя тонкаплёнкавыя сонечныя батарэі, інтэграваныя ў вырабы, робяць іх лепшым выбарам, чым традыцыйныя крамянёвыя панэлі. А тонкаплёнкавая тэхналогія ахоплівае прыкладна 19% ад агульнай колькасці ў ЗША доля рынку ў тым жа годзе, у тым ліку 30% камунальнай вытворчасці.

4. Тыпы сонечных батарэй

Існуе некалькі тыпаў матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца для вытворчасці тонкаплёнкавых сонечных батарэй. У залежнасці ад сыравіны іх можна падзяліць на чатыры віды 

l Тонкаплёнкавыя панэлі з тэлурыду кадмію (CdTe) - гэта тып сонечных панэляў, у якіх у якасці паўправадніковага матэрыялу выкарыстоўваецца тонкі пласт тэлурыду кадмію, нанесены на матэрыял падкладкі, напрыклад, шкло або нержавеючую сталь. Яны не толькі лёгкія і простыя ва ўсталёўцы, але і забяспечваюць высокую вытворчасць энергіі ва ўмовах нізкай асветленасці, што азначае, што яны могуць выпрацоўваць электрычнасць нават у пахмурнае або пахмурнае надвор'е. Мяркуецца, што тонкаплёнкавыя сонечныя панэлі CdTe дасягнулі эфектыўнасці 19% пры стандартных умовах выпрабаванняў (STC), але адзінкавыя сонечныя батарэі дасягнулі эфектыўнасці 22,1%. Аднак існуе пэўная заклапочанасць адносна таксічнасці кадмію, паколькі гэта цяжкі метал, які можа нанесці шкоду навакольнаму асяроддзю, калі яго не ўтылізаваць належным чынам.

l Тонкаплёнкавыя панэлі з селеніду меднага індый-галію (CIGS) вырабляюцца шляхам размяшчэння пласта электрода з малібдэна (Mo) на падкладку ў працэсе напылення У параўнанні з іншымі фотаэлектрычнымі тэхналогіямі, яны маюць высокую эфектыўнасць і могуць дасягнуць тэарэтычнай эфектыўнасці 33% у будучыні. Акрамя таго, яны менш схільныя да парэпання або паломкі і простыя ў эксплуатацыі. Аднак, нягледзячы на ​​гэтыя перавагі, кошт адносна даражэй, чым для іншых тэхналогій, што можа перашкодзіць іх далейшаму развіццю.

l Тонкаплёнкавыя панэлі з аморфнага крэмнію (a-Si) вырабляюцца шляхам апрацоўкі шкляных пласцін або гнуткіх падкладак разам з канфігурацыяй p-i-n або n-i-p. Перавагі тонкаплёнкавых панэляў a-Si ўключаюць іх гнуткасць і лёгкую канструкцыю, што робіць іх ідэальнымі для выкарыстання ў партатыўных прылажэннях, такіх як кемпінг або харчаванне дыстанцыйных датчыкаў. Аднак, паколькі электраправоднае шкло для гэтых панэляў каштуе дорага, а працэс ідзе павольна, яго цана адносна высокая і складае амаль 0,69 даляра за Вт.

l Вытворчы працэс тонкаплёнкавых панэляў з арсенідам галію (GaAs) больш складаны, чым для звычайных тонкаплёнкавых сонечных элементаў. Варта адзначыць, што яны маюць высокі ККД да 39,2% і больш устойлівыя да цяпла і вільгаці. Тым не менш, час вырабу, кошт матэрыялаў і матэрыялы з высокім ростам робяць яго менш прыдатным выбарам.

5. Прымяненне тонкаплёнкавых сонечных панэляў

Як новы клас альтэрнатыў крамянёвай фотаэлектрыцы, тонкаплёнкавыя сонечныя панэлі ў асноўным выкарыстоўваюцца ў наступных галінах.

l Убудаваная фотаэлектрыка (BIPV)

Паколькі тонкаплёнкавыя фотаэлектрычныя панэлі могуць быць на 90 % лягчэйшыя за крамянёвыя, адно з прымянення, якое пачынае набываць шырокую папулярнасць ва ўсім свеце, — BIPV, дзе сонечныя панэлі прымацоўваюцца да чарапіцы, вокнаў, слабых канструкцый і гэтак далей. Акрамя таго,  некаторыя тыпы тонкаплёнкавых фотаэлектрычных фотаэлектрыкаў можна зрабіць напаўпразрыстымі, што дапамагае захаваць эстэтыку дамоў і будынкаў, адначасова дазваляючы магчымасць выпрацоўкі сонечнай энергіі.

l Касмічныя прымянення

Дзякуючы перавагам лёгкай вагі, высокай эфектыўнасці, шырокаму дыяпазону працоўных тэмператур і нават устойлівасці да пашкоджанняў ад радыяцыі, тонкаплёнкавыя сонечныя панэлі, асабліва сонечныя панэлі CIGS і GaAs, былі ідэальнымі для касмічнага прымянення.

l Транспартныя сродкі і марскія прымянення

Адным з распаўсюджаных прымяненняў тонкаплёнкавых сонечных панэляў з'яўляецца ўстаноўка гнуткіх фотаэлектрычных модуляў на дахах транспартных сродкаў (асабліва фургонаў або аўтобусаў) і на палубах лодак і іншых судоў, якія можна выкарыстоўваць для электразабеспячэння, захоўваючы пры гэтым эстэтыку.

l Партатыўныя прыкладанні

Яго партатыўнасць і памер забяспечылі яму ўстойлівае развіццё ў сектары малой аўтаномнай электронікі і Інтэрнэту рэчаў (IoT), які, як чакаецца, істотна вырасце ў бліжэйшыя гады. І з яго развіццём, ён можа быць выкарыстаны ў аддаленых месцах са складанымі сонечнымі панэлямі, сонечнымі банкамі энергіі, ноўтбукамі на сонечных батарэях і гэтак далей.

6. Тэндэнцыі развіцця тонкаплёнкавых сонечных панэляў

З ростам прызнання сонечнай энергіі ва ўсім свеце, увядзеннем строгіх абмежаванняў на энергію і павелічэннем намаганняў урада па інтэграцыі экалагічна чыстых крыніц у сетку, тонкаплёнкавыя сонечныя панэлі, як чакаецца, дасягнуць каля 27,11 мільярда долараў ЗША да 2030 г. з выдатным CAGR 8,29% ад 2022 да 2030 Павелічэнне абумоўлена яго перавагамі і R&D, паколькі яны надзвычай эканамічныя і лёгка ствараюцца, выкарыстоўваюць менш матэрыялаў і вырабляюць менш адходаў. І Р&D для павышэння трываласці і прадукцыйнасці сонечных батарэй таксама створыць новыя магчымасці для росту рынку.

Аднак магчымасці прыходзяць разам з праблемамі. Высокі ўзровень канкурэнцыі, зменлівае нарматыўнае асяроддзе, а таксама наяўнасць дэфіцытных фінансаў і рэсурсаў азначае, што ў цяперашні час яны не змогуць заняць значны кавалак долі сусветнага рынку.

7 Інвестыцыйны аналіз тонкаплёнкавых сонечных панэляў

Здаецца, у апошнія гады рынак тонкаплёнкавых сонечных батарэй развіваецца, што абумоўлена некалькімі фактарамі.

l Аналіз тыпу прадукту

У 2018 годзе CdTe вырабляў электраэнергію па цане, якая была значна ніжэйшай або роўнай цане звычайных крыніц энергіі на выкапнёвым паліве. У цяперашні час катэгорыя тэлурыду кадмію з-за нетоксичности, танных эксплуатацыйных і вытворчых выдаткаў дамінуе на сусветным рынку тонкаплёнкавых сонечных элементаў, і чакаецца, што яна будзе працягваць расці самымі хуткімі тэмпамі на працягу ўсяго перыяду прагназавання.

l Аналіз канчатковага карыстальніка

Рост распрацовак і даследаванняў па зніжэнні выдаткаў на ўстаноўку і тэхнічнае абслугоўванне можа павялічыць патрэбы спажыўцоў. У 2022 годзе рынак камунальных паслуг дамінаваў на сусветным рынку тонкаплёнкавых сонечных элементаў, і, паводле прагнозаў, ён будзе працягваць развівацца самымі хуткімі тэмпамі на працягу прагнознага перыяду . Паколькі тонкаплёнкавыя сонечныя панэлі дэградуюць значна меншымі тэмпамі, яны прапануюць патэнцыйную альтэрнатыву традыцыйным сонечным батарэям c-Si.

l Рэгіянальны аналіз

Азіяцка-Ціхаакіянскі рэгіён быў самым вялікім рэгіёнам у свеце па колькасці тонкаплёнкавых сонечных элементаў у 2022 годзе, і чакаецца, што ён працягне пашырацца самымі высокімі тэмпамі, што абумоўлена многімі фактарамі. Напрыклад, з'яўляючыся найбуйнейшым рынкам сонечнай фотаэлектрыкі ў свеце, Кітай павысіць мэтавы паказчык па аднаўляльнай энергіі з 20% да 35% да 2030 года. І сонечныя фотаэлектрычныя ўстаноўкі камунальнага маштабу ў Кітаі ў асноўным выкарыстоўваюць тэхналогію тонкіх плёнак. Акрамя таго, Японія таксама заявіла аб сваім намеры выкарыстоўваць толькі ўстойлівую энергію ў далейшым.

8 Што трэба ўлічваць пры вырабе высакаякасных тонкаплёнкавых сонечных панэляў

Пры куплі сонечных батарэй трэба ўлічваць не толькі кошт і якасць, але і іншыя фактары.

l Эфектыўнасць: Высокая эфектыўнасць можа пераўтварыць большую частку энергіі сонца ў электрычнасць. Як правіла, больш высокая канцэнтрацыя носьбітаў зарада можа павялічыць эфектыўнасць сонечнай батарэі за кошт павышэння праводнасці. Даданне канцэнтратара да сонечнай батарэі не толькі спрыяе павышэнню эфектыўнасці, але можа таксама паменшыць прастору, матэрыялы і выдаткі, неабходныя для вытворчасці батарэі.

l Трываласць і тэрмін службы: Некаторыя тонкаплёнкавыя модулі таксама маюць праблемы з дэградацыяй пры розных умовах. Сярод усіх матэрыялаў, CdTe паказвае найлепшую ўстойлівасць да пагаршэння прадукцыйнасці з тэмпературай. І ў адрозненне ад іншых тонкаплёнкавых матэрыялаў, CdTe мае тэндэнцыю быць даволі ўстойлівым да такіх умоў навакольнага асяроддзя, як тэмпература і вільгаць, але гнуткія панэлі CdTe могуць адчуваць пагаршэнне прадукцыйнасці пад уздзеяннем прыкладных нагрузак або дэфармацый.

l Вага: Гэта адносіцца да шчыльнасці тонкаплёнкавай сонечнай панэлі. Увогуле, тонкаплёнкавыя сонечныя панэлі маюць лёгкую вагу, таму вы не павінны баяцца прымянення ўласнай нагрузкі на дах. Тым не менш, пры выбары іх усё роўна трэба ўлічваць вагу, каб гарантаваць, што пры ўсталёўцы яны не будуць перагружаны.

l Тэмпература: Гэта азначае мінімальную і максімальную тэмпературу, пры якой тонкаплёнкавая сонечная панэль можа працаваць. Увогуле, усе лепшыя тонкаплёнкавыя сонечныя панэлі лічацца з мінімальнай тэмпературай -40°C і максімальнай тэмпературай 80°C.