Hvad er tyndfilm solpaneler

1. Hvad er tyndfilm solpaneler?

I modsætning til den første generation af solceller, der er lavet af enkelt- eller multikrystallinsk silicium, fremstilles tyndfilmssolpaneler ved hjælp af et enkelt eller flere lag PV-elementer over en overflade bestående af en række forskellige glas, plastik eller metal til at konvertere sollys til elektricitet. Og de mest brugte til tyndfilmssolteknologi er cadmiumtellurid (CdTe), kobberindiumgalliumselenid (CIGS), amorft silicium (a-Si) og galliumarsenid (GaAs).

2 Strukturen af ​​tyndfilmssolpaneler

Tyndfilmssolpaneler består af et stort antal tyndfilmssolceller og bruger lysenergi (fotoner) fra Solen til at generere elektricitet gennem den fotovoltaiske effekt Det inkluderer også lag, bagsideark og samleboks, som alle arbejder sammen for at sikre normal drift af solpanelerne.

Hvad er tyndfilmssolceller?

Tyndfilmssolceller er elektroniske enheder, der omdanner sollys til elektrisk energi ved den fotovoltaiske effekt. Tyndfilmsceller har tendens til at bruge meget mindre materiale - cellens aktive område er normalt kun 1 til 10 mikrometer tykt. Tyndfilmsceller kan også normalt fremstilles i en proces med stort areal, som kan være en automatiseret, kontinuerlig produktionsproces.

Desuden bruger tyndfilmssolpaneler et tyndt lag af en gennemsigtig ledende oxid, såsom tinoxid til at arbejde. Mens tyndfilmsceller er lavet af mange små krystallinske korn af halvledermaterialer for bedre at skabe det elektriske felt med en grænseflade, kaldet en heterojunction. Generelt kan denne slags tyndfilmsanordninger fremstilles som en enkelt enhed - det vil sige monolitisk - med lag på lag aflejret sekventielt på et eller andet substrat, herunder aflejring af en antirefleksbelægning og transparent ledende oxid.

Hvad er lag?

Normalt har tyndfilmssolpaneler et meget tyndt (mindre end 0,1 mikron) lag på toppen kaldet "vindue"-laget for kun at absorbere lysenergi fra den højenergiske ende af spektret. Den skal være tynd nok og have en bred nok båndgab (2,8 eV eller mere) til at lade alt tilgængeligt lys gennem grænsefladen (heterojunction) til det absorberende lag. Det absorberende lag under vinduet, sædvanligvis doteret p-type, udstyret med en høj absorptionsevne (evne til at absorbere fotoner) for høj strøm og et passende båndgab til at give en god spænding.

Hvad er bagsideark?

Som en polymer eller en kombination af polymerer med forskellige tilsætningsstoffer er bagsideark designet til at give en barriere mellem solcellerne og det ydre miljø. Hvorfra vi kan se, er bagsidearket en kritisk komponent i holdbarheden, effektiviteten og levetiden af ​​et solpanel.

Hvad er samledåse?

Som et elektrisk kabinet, der bruges til at huse og beskytte elektriske forbindelser, er samledåsen specielt designet til at give et sikkert og sikkert miljø for elektriske forbindelser for at forhindre utilsigtet kontakt med strømførende ledninger og for at forenkle fremtidig vedligeholdelse eller reparationer. Normalt er en PV-koblingsboks fastgjort til bagsiden af ​​solpanelet og fungerer som dens udgangsgrænseflade. Eksterne forbindelser til de fleste solcellemoduler bruger MC4-stik for at lette vejrbestandige forbindelser til resten af ​​systemet. En USB-strømgrænseflade kan også bruges.

3 Udviklingshistorien for tyndfilmssolpaneler

Historien om tyndfilmsolpaneler går tilbage til 1970'erne, hvor forskere begyndte deres første udforskning af brugen af ​​tyndfilm (a-Si) af halvledere til at udnytte solenergi, på det tidspunkt interessen for tyndfilmsteknologi til kommerciel brug og rumfartsapplikationer fremmer udviklingen af ​​amorf silicium tyndfilm solenergienheder.

I 1980'erne lettede fremskridt inden for teknologi udvidelsen af ​​eksisterende tyndfilmsmaterialer til nye, såsom cadmiumtellurid (CdTe) og kobberindiumgalliumselenid (CIGS), som har højere konverteringseffektivitet og lavere produktionsomkostninger.

1990'erne og 2000'erne var en tid med betydelige fremskridt i udforskningen af ​​nye tredjegenerations solmaterialer - materialer med potentiale til at overvinde teoretiske effektivitetsgrænser for traditionelle solid-state materialer. Mang nye produkter såsom farvestof-sensibiliserede solceller, kvantum dot solceller blev udviklet.

I 2010'erne og begyndelsen af ​​2020'erne har innovation inden for tyndfilmssolteknologi omfattet bestræbelser på at udvide tredje generations solcelleteknologi til nye applikationer og reducere produktionsomkostningerne. I 2004 opnåede National Renewable Energy Laboratory (NREL) en verdensrekordeffektivitet på 19,9 % for et CIGS tyndfilmsmodul. I 2022 blev fleksible organiske tyndfilmssolceller integreret i stof.

I dag gør fleksible organiske tyndfilmssolceller integreret i fabrikationer dem til et bedre valg end traditionelle siliciumpaneler.Og tyndfilmsteknologi erobrede cirka 19% af det samlede U.S. markedsandel i samme år, inklusive 30% af produktionen i brugsskala.

4.Typerne af solpaneler

Der er flere typer materialer, der bruges til fremstilling af tyndfilmssolceller, baseret på deres råmaterialer, de kan opdeles i fire slags 

l Cadmium Telluride (CdTe) tyndfilmspaneler er en type solpanel, der bruger et tyndt lag cadmiumtellurid aflejret på et substratmateriale, såsom glas eller rustfrit stål, som halvledermateriale. Ikke kun lette og lette at installere, de har også høj energiproduktion i svagt lys, hvilket betyder, at de kan generere elektricitet selv i overskyet eller overskyet vejr. Det anslås, at CdTe tyndfilm solpaneler nåede en effektivitet på 19 % under Standard Testing Conditions (STC), men enkelte solceller har opnået en effektivitet på 22,1 %. Der er dog nogle bekymringer omkring toksiciteten af ​​cadmium, da det er et tungmetal, der kan forårsage miljøskader, hvis det ikke bortskaffes korrekt.

l Kobber Indium Gallium Selenide (CIGS) tyndfilmspaneler fremstilles ved at placere et molybdæn (Mo) elektrodelag over substratet gennem en sputterproces Sammenlignet med andre PV-teknologier har de høj effektivitet og kan opnå en teoretisk effektivitet på 33% i fremtiden. Derudover er de mindre tilbøjelige til at revne eller gå i stykker og er nemme at betjene. Men på trods af disse fordele er omkostningerne relativt dyrere end for andre teknologier, hvilket kan hæmme deres videre udvikling.

l Amorft silicium (a-Si) tyndfilmspaneler fremstilles ved at behandle glasplader eller fleksible substrater sammen med en p-i-n eller n-i-p konfiguration. Fordelene ved a-Si tyndfilm paneler inkluderer deres fleksibilitet og lette konstruktion, hvilket gør dem ideelle til brug i bærbare applikationer, såsom camping eller strømforsyning til fjernsensorer. Men da det ledende glas til disse paneler er dyrt, og processen er langsom, er prisen relativt dyr på næsten $ 0,69/W.

l Galliumarsenid (GaAs) tyndfilmspaneler er mere komplekse end for almindelige tyndfilmsolceller i fremstillingsprocessen. Det er værd at nævne, at de opnår høje virkningsgrader på op til 39,2% og er mere modstandsdygtige over for varme og fugt. Ikke desto mindre gør fremstillingstiden, omkostningerne for materialerne og materialer med høj vækst det til et mindre levedygtigt valg.

5.Anvendelser af tyndfilm solpaneler

Som en ny klasse af alternativer til silicium fotovoltaik, anvendes tyndfilm solpaneler hovedsageligt inden for følgende områder.

l Bygningsintegreret fotovoltaik (BIPV)

Da tyndfilm PV-paneler kan være op til 90 % lettere end siliciumpaneler, er en applikation, der begynder at blive meget populær på verdensplan, BIPV, hvor solpanelerne er fastgjort til tagsten, vinduer, svage strukturer og så videre. Derudover  nogle typer af tyndfilm PV kan gøres semi-transparente, som hjælper med at bevare æstetikken for boliger og bygninger, samtidig med at der er mulighed for solenergiproduktion.

l Rumapplikationer

På grund af fordelene ved lette, højeffektive, et bredt driftstemperaturområde og endda skadesbestandigheden mod stråling, har tyndfilmsolpaneler, især CIGS- og GaAs-solpaneler, været ideelle til rumapplikationer.

l Køretøjer og marineapplikationer

En almindelig anvendelse af tyndfilmssolpaneler er installation af fleksible PV-moduler på køretøjstage (især autocampere eller busser) og dækkene på både og andre fartøjer, som kan bruges til at drive elektricitet og samtidig bevare æstetikken.

l Bærbare applikationer

Dens portabilitet og størrelse har givet den en bæredygtig udvikling inden for små selvdrevne elektronik og Internet of Things (IoT), som forventes at vokse betydeligt i de kommende år. Og med dens fremskridt kan den anvendes yderligere på fjerntliggende steder med foldbare solpaneler, solenergibanker, solcelledrevne bærbare computere og så videre.

6. Udviklingstendenserne for tyndfilmssolpaneler

Med den stigende accept af solenergi på verdensplan, implementeringen af ​​strenge energirestriktioner og den stigende regeringsindsats for at integrere grønne kilder i nettet, forventes tyndfilmsolpaneler at ramme omkring 27,11 milliarder USD i 2030 med en bemærkelsesværdig CAGR på 8,29 % fra 2022 til 2030 Stigningen er drevet af dens fordele og R&D, da de er ekstremt økonomiske og lette at skabe, bruger mindre materiale og producerer mindre affald. Og R&D at forbedre solcellernes udholdenhed og ydeevne vil også skabe nye muligheder for markedsvækst.

Men muligheder kommer sammen med udfordringer. Det høje niveau af konkurrence, et skiftende lovgivningsmiljø samt tilgængeligheden af ​​knappe finanser og ressourcer betyder, at de på nuværende tidspunkt måske ikke er i stand til at tage en betydelig del af den globale markedsandel.

7 Investeringsanalysen af ​​tyndfilmssolpaneler

Markedet for tyndfilmssolceller ser ud til at udvikle sig de seneste år, hvilket er drevet af flere faktorer.

l Produkttypeanalyse

I 2018 producerede CdTe elektricitet til en pris, der var væsentligt lavere end eller på niveau med konventionelle fossile energikilder. På grund af dets ugiftige, billige drifts- og produktionsomkostninger dominerede cadmiumtellurid-kategorien på nuværende tidspunkt det verdensomspændende tyndfilmsolcellemarked, og det forventes, at det vil fortsætte med at vokse med den hurtigste hastighed i hele forudsigelsesperioden.

l Slutbrugeranalyse

Den stigende udvikling og forskning for at sænke installations- og vedligeholdelsesomkostningerne kan øge forbrugernes behov. I 2022 dominerede forsyningsmarkedet det verdensomspændende tyndfilmsolcellemarked, og det forudsiges, at det vil fortsætte med at udvikle sig i den hurtigste hastighed gennem hele prognoseperioden . Da tyndfilm solpaneler nedbrydes i et meget langsommere tempo, tilbyder de et potentielt alternativ til de traditionelle c-Si solpaneler.

l Regional Analyse

Asien-Stillehavsområdet var den største region i verden for tyndfilmssolceller i 2022, og det forventes, at den vil fortsætte med at ekspandere med den højeste hastighed, hvilket er drevet af mange faktorer. For eksempel vil Kina som de største solcelle-PV-markeder i verden hæve målet for vedvarende energi fra 20 % til 35 % i 2030. Og solcelleanlæg i brugsskala i Kina anvender for det meste tyndfilmsteknologi. Desuden har Japan også erklæret sin hensigt kun at bruge bæredygtig strøm i det videre.

8 Ting at overveje for højkvalitets tyndfilmssolpaneler

Ved køb af solpaneler skal ikke kun pris og kvalitet tages i betragtning, men andre faktorer skal også huskes.

l Effektivitet: Høj effektivitet kan omdanne mere af solens energi til elektricitet. Generelt kan en højere koncentration af ladningsbærere øge solcellens effektivitet ved at øge ledningsevnen. Tilføjelsen af ​​en koncentrator til en solcelle er ikke kun med til at øge effektiviteten, men kan også reducere den plads, materialer og omkostninger, der er nødvendige for at producere cellen.

l Holdbarhed og levetid: Nogle tyndfilmsmoduler har også problemer med nedbrydning under forskellige forhold. Blandt alle materialer viser CdTe den bedste modstandsdygtighed over for ydelsesforringelse med temperatur. Og i modsætning til andre tyndfilmsmaterialer har CdTe en tendens til at være ret modstandsdygtig over for miljømæssige forhold som temperatur og fugt, men fleksible CdTe-paneler kan opleve forringelse af ydeevnen under påførte belastninger eller belastninger.

l Vægt: Det refererer til tætheden af ​​tyndfilmssolpanelet. Generelt er tyndfilm solpaneler let vægtede, så du skal ikke være bange for at lægge dødvægt på dit tag. Ikke desto mindre skal vægten stadig overvejes, når du vælger dem, for at sikre, at den ikke bliver overbelastet til installation.

l Temperatur: Det betyder den minimale og maksimale temperatur, som Thin Film solpanelet kan fungere i. Generelt anses alle de bedste tyndfilmsolpaneler for at have en minimumstemperatur på -40°C og en maksimal temperatur på 80°C.