Mikä on ohutkalvo aurinkopaneelit

1. Mitä ovat ohutkalvoaurinkopaneelit?

Toisin kuin ensimmäisen sukupolven aurinkokennot, jotka on valmistettu yksi- tai monikiteisestä piistä, ohutkalvoaurinkopaneelit valmistetaan käyttämällä yhtä tai useampaa kerrosta PV-elementtejä pinnalla, joka koostuu erilaisista lasista, muovista tai metallista. auringonvalo sähköksi. Ja yleisimmin käytettyjä ohutkalvo-aurinkoteknologiassa ovat kadmiumtelluridi (CdTe), kupari-indiumgalliumselenidi (CIGS), amorfinen pii (a-Si) ja galliumarsenidi (GaAs).

2 Ohutkalvoisten aurinkopaneelien rakenne

Ohutkalvoiset aurinkopaneelit koostuvat suuresta määrästä ohutkalvoisia aurinkokennoja ja käyttävät Auringosta tulevaa valoenergiaa (fotoneja) sähkön tuottamiseen aurinkosähköilmiön avulla Se sisältää myös kerrokset, taustalevyn ja kytkentärasian, jotka kaikki toimivat yhdessä varmistaakseen aurinkopaneelien normaalin toiminnan.

Mikä on ohutkalvoaurinkokennot?

Ohutkalvoiset aurinkokennot ovat elektronisia laitteita, jotka muuttavat auringonvalon sähköenergiaksi aurinkosähkövaikutuksen avulla. Ohutkalvokennot käyttävät paljon vähemmän materiaalia - solun aktiivinen alue on yleensä vain 1-10 mikrometriä paksu. Myös ohutkalvokennoja voidaan yleensä valmistaa laaja-alaisella prosessilla, joka voi olla automatisoitu jatkuva tuotantoprosessi.

Lisäksi ohutkalvoisissa aurinkopaneeleissa käytetään ohutta kerrosta läpinäkyvää johtavaa oksidia, kuten tinaoksidia. Ohutkalvokennot on valmistettu monista pienistä puolijohdemateriaalien kiteisistä rakeista, jotta sähkökenttä saadaan paremmin aikaan rajapinnalla, jota kutsutaan heteroliitokseksi. Yleensä tällaiset ohutkalvolaitteet voidaan valmistaa yhtenä yksikkönä - eli monoliittisesti - kerrosten kerrokselta kerrostetaan peräkkäin jollekin alustalle, mukaan lukien heijastuksenestopinnoitteen ja läpinäkyvän johtavan oksidin kerrostaminen.

Mikä on kerrokset?

Yleensä ohutkalvoisella aurinkopaneelilla on erittäin ohut (alle 0,1 mikronia) kerros, jota kutsutaan "ikkunakerrokseksi", joka absorboi valoenergiaa vain spektrin korkean energian päästä. Sen on oltava riittävän ohut ja riittävän leveä kaistaväli (2,8 eV tai enemmän), jotta kaikki käytettävissä oleva valo pääsee rajapinnan (heteroliitos) läpi absorboivaan kerrokseen. Ikkunan alla oleva absorboiva kerros, yleensä seostettu p-tyyppiä, varustettu korkealla absorptiokyvyllä (kyky absorboida fotoneja) korkeaa virtaa varten ja sopivalla kaistavälillä hyvän jännitteen aikaansaamiseksi.

Mikä on taustakuva?

Polymeerina tai polymeerien yhdistelmänä erilaisilla lisäaineilla, taustalevy on suunniteltu muodostamaan este aurinkokennojen ja ulkoympäristön välille. Mistä voimme nähdä, että taustalevy on kriittinen osa aurinkopaneelin kestävyyttä, tehokkuutta ja pitkäikäisyyttä.

Mikä on kytkentärasia?

Sähköliitäntöjen sijoittamiseen ja suojaamiseen käytettävänä sähkökotelona kytkentärasia on erityisesti suunniteltu tarjoamaan turvallinen ja varma ympäristö sähköliitäntöille, jotta estetään vahingossa tapahtuva kosketus jännitteisiin johtimiin ja yksinkertaistetaan tulevaa huoltoa tai korjauksia. Yleensä aurinkopaneelin takaosaan kiinnitetään PV-kytkentärasia, joka toimii sen lähtöliitäntänä. Useimpien aurinkosähkömoduulien ulkoisissa liitännöissä käytetään MC4-liittimiä helpottamaan säänkestäviä liitäntöjä muuhun järjestelmään. Myös USB-virtaliitäntää voidaan käyttää.

3 Ohutkalvoisten aurinkopaneelien kehityshistoria

Ohutkalvoisten aurinkopaneelien historia juontaa juurensa 1970-luvulle, jolloin tutkijat aloittivat ensimmäisen tutkimuksensa puolijohteiden ohuiden kalvojen (a-Si) käytöstä aurinkoenergian valjastamiseksi, tuolloin kiinnostus ohutkalvoteknologiaan kaupalliseen käyttöön. ja ilmailu- ja avaruussovellukset edistävät amorfisen piin ohutkalvoisten aurinkolaitteiden kehitystä.

1980-luvulla tekniikan kehitys helpotti olemassa olevien ohutkalvomateriaalien laajentamista uusiksi, kuten kadmiumtelluridiksi (CdTe) ja kupari-indiumgallium-selenidiksi (CIGS), joilla on korkeampi muunnostehokkuus ja alhaisemmat tuotantokustannukset.

1990- ja 2000-luvut olivat merkittäviä edistysaskeleita uusien kolmannen sukupolven aurinkoenergiamateriaalien – materiaalien – etsinnässä, jotka pystyivät ylittämään perinteisten solid-state-materiaalien teoreettiset tehokkuusrajat. Kehitettiin uusia tuotteita, kuten väriaineherkistettyjä aurinkokennoja, kvanttipisteaurinkokennoja.

2010-luvulla ja 2020-luvun alussa ohutkalvo-aurinkoteknologian innovaatioihin on sisältynyt pyrkimyksiä laajentaa kolmannen sukupolven aurinkoteknologiaa uusiin sovelluksiin ja alentaa tuotantokustannuksia. Vuonna 2004 National Renewable Energy Laboratory (NREL) saavutti CIGS-ohutkalvomoduulin maailmanennätystehokkuuden, 19,9 %. Vuonna 2022 joustavat orgaaniset ohutkalvoaurinkokennot integroitiin kankaaseen.

Nykyään valmisteisiin integroidut joustavat orgaaniset ohutkalvoaurinkokennot tekevät niistä paremman valinnan kuin perinteiset piipaneelit. Ja ohutkalvoteknologia valtasi noin 19 % Yhdysvaltojen kokonaismäärästä. markkinaosuus samana vuonna, mukaan lukien 30 % yleishyödyllisen mittakaavan tuotannosta.

4. Aurinkopaneelien tyypit

Ohutkalvoaurinkokennojen valmistukseen käytetään useita erilaisia ​​materiaaleja, joiden raaka-aineiden perusteella ne voidaan jakaa neljään tyyppiin. 

l Kadmiumtelluridi (CdTe) -ohutkalvopaneelit ovat aurinkopaneelityyppejä, joissa käytetään ohutta kerrosta kadmiumtelluridia, joka on kerrostettu substraattimateriaalille, kuten lasille tai ruostumattomalle teräkselle, puolijohdemateriaalina. Kevyt ja helppo asentaa, ne tuottavat myös paljon energiaa heikossa valaistuksessa, mikä tarkoittaa, että ne voivat tuottaa sähköä myös pilvisellä tai pilvisellä säällä. On arvioitu, että CdTe-ohutkalvoaurinkopaneelit saavuttivat 19 prosentin hyötysuhteen standarditestausolosuhteissa (STC), mutta yksittäiset aurinkokennot ovat saavuttaneet 22,1 prosentin hyötysuhteen. Kadmiumin myrkyllisyys herättää kuitenkin huolta, sillä se on raskasmetalli, joka voi aiheuttaa ympäristövahinkoja, jos sitä ei hävitetä asianmukaisesti.

l Kupari-indiumgallium-selenide (CIGS) -ohutkalvopaneelit valmistetaan sijoittamalla molybdeeni (Mo) -elektrodikerros substraatin päälle sputterointiprosessin avulla Verrattuna muihin aurinkosähköteknologioihin, niillä on korkea hyötysuhde ja ne voivat saavuttaa 33 %:n teoreettisen hyötysuhteen tulevaisuudessa. Lisäksi ne ovat vähemmän alttiita halkeilemaan tai rikkoutumaan ja niitä on helppo käyttää. Näistä eduista huolimatta kustannukset ovat kuitenkin suhteellisen kalliimpia kuin muilla teknologioilla, mikä voi haitata niiden jatkokehitystä.

l Amorfinen pii (a-Si) -ohutkalvopaneelit valmistetaan käsittelemällä lasilevyjä tai joustavia substraatteja sekä p-i-n- tai n-i-p-kokoonpanoa. A-Si-ohutkalvopaneelien etuja ovat niiden joustavuus ja kevyt rakenne, mikä tekee niistä ihanteellisia käytettäviksi kannettaviin sovelluksiin, kuten retkeilyyn tai kauko-anturien virtalähteeseen. Koska näiden paneelien johtava lasi on kuitenkin kallista ja prosessi hidas, sen hinta on suhteellisen kallis, lähes 0,69 dollaria/W.

l Galliumarsenidi (GaAs) -ohutkalvopaneelit ovat monimutkaisempia kuin valmistusprosessissa käytettävät tavalliset ohutkalvoaurinkokennot. On syytä mainita, että niillä saavutetaan jopa 39,2 %:n hyötysuhde ja ne kestävät paremmin lämpöä ja kosteutta. Siitä huolimatta valmistusaika, materiaalikustannukset ja nopeasti kasvavat materiaalit tekevät siitä vähemmän kannattavan valinnan.

5. Ohutkalvoisten aurinkopaneelien sovellukset

Ohutkalvoisia aurinkopaneeleja käytetään enimmäkseen seuraavilla aloilla vaihtoehtona piiaurinkosähköille.

l Rakennuksiin integroitu aurinkosähkö (BIPV)

Koska ohutkalvoiset PV-paneelit voivat olla jopa 90 % kevyempiä kuin silikonipaneelit, yksi sovellus, joka alkaa yleistyä maailmanlaajuisesti, on BIPV, jossa aurinkopaneelit kiinnitetään kattotiileihin, ikkunaan, heikkoihin rakenteisiin ja niin edelleen. Lisäksi,  tietyntyyppiset ohut PV-kalvot voidaan tehdä puoliksi läpinäkyviksi, mikä auttaa säilyttämään kodin ja rakennuksen esteettisen ulkonäön ja mahdollistaa aurinkoenergian tuotannon.

l Avaruussovellukset

Kevyen, erittäin tehokkaan, laajan käyttölämpötila-alueen ja jopa säteilyn kestävyyden etujen ansiosta ohutkalvoaurinkopaneelit, erityisesti CIGS- ja GaAs-aurinkopaneelit, ovat olleet ihanteellisia avaruussovelluksiin.

l Ajoneuvot ja laivasovellukset

Yksi ohutkalvoisten aurinkopaneelien yleinen käyttökohde on joustavien aurinkosähkömoduulien asentaminen ajoneuvojen katoille (erityisesti matkailuautoille tai linja-autoille) sekä veneiden ja muiden alusten kansille, joita voidaan käyttää sähkönlähteenä säilyttäen samalla estetiikan.

l Kannettavat sovellukset

Sen siirrettävyys ja koko ovat tarjonneet sille kestävän kehityksen pienten omavoimaisten elektroniikka- ja Internet of Things (IoT) -sektorilla, jonka odotetaan kasvavan merkittävästi tulevina vuosina. Ja sen edistymisen myötä sitä voidaan soveltaa edelleen syrjäisissä paikoissa taitettavilla aurinkopaneeleilla, aurinkopankeilla, aurinkoenergialla toimivilla kannettavissa tietokoneilla ja niin edelleen.

6. Ohutkalvoisten aurinkopaneelien kehityssuuntaukset

Aurinkoenergian hyväksynnän lisääntyessä maailmanlaajuisesti, tiukkojen energiarajoitusten täytäntöönpanon ja hallituksen lisääntyvien pyrkimysten integroida vihreitä lähteitä verkkoon, ohutkalvoisten aurinkopaneelien odotetaan saavuttavan noin 27,11 miljardia dollaria vuoteen 2030 mennessä, ja niiden CAGR on 8,29 %. 2022 asti 2030 Kasvu johtuu sen eduista ja R&D, koska ne ovat erittäin taloudellisia ja helposti valmistettavia, käyttävät vähemmän materiaalia ja tuottavat vähemmän jätettä. Ja R&D parantaa aurinkokennojen kestävyyttä ja suorituskykyä luo myös uusia mahdollisuuksia markkinoiden kasvulle.

Mahdollisuudet liittyvät kuitenkin haasteeseen. Korkea kilpailu, muuttuva sääntely-ympäristö sekä niukkojen rahoituksen ja resurssien saatavuus tarkoittavat, että he eivät tällä hetkellä pysty ottamaan suurta osaa globaaleista markkinaosuuksista.

7 Ohutkalvoisten aurinkopaneelien investointianalyysi

Ohutkalvoisten aurinkokennojen markkinat näyttävät kehittyvän viime vuosina, mikä on useiden tekijöiden taustalla.

l Tuotetyyppianalyysi

Vuonna 2018 CdTe tuotti sähköä huomattavasti halvemmalla tai samalla hinnalla kuin perinteisiä fossiilisia polttoaineita käyttäviä energialähteitä. Myrkyttömän, halpojen käyttö- ja tuotantokustannustensa vuoksi kadmiumtelluridiluokka hallitsi tällä hetkellä maailmanlaajuisia ohutkalvoaurinkokennomarkkinoita, ja sen odotetaan kasvavan nopeimmin koko ennustejakson ajan.

l Loppukäyttäjän analyysi

Asennus- ja ylläpitokustannusten alentamiseen tähtäävä kehitys ja tutkimus voivat lisätä kuluttajien tarpeita. Vuonna 2022 sähkömarkkinat hallitsivat maailmanlaajuisia ohutkalvoaurinkokennomarkkinoita, ja sen ennustetaan jatkuvan nopeimmin kehittyvän koko ennustejakson ajan. . Koska ohutkalvoiset aurinkopaneelit hajoavat paljon hitaammin, ne tarjoavat potentiaalisen vaihtoehdon perinteisille c-Si-aurinkopaneeleille.

l Alueellinen analyysi

Aasian ja Tyynenmeren alue oli ohutkalvoaurinkokennojen suurin alue maailmassa vuonna 2022, ja sen odotetaan kasvavan jatkossakin nopeimmillaan, mikä johtuu monista tekijöistä. Esimerkiksi Kiina nostaa uusiutuvan energian tavoitetta 20 prosentista 35 prosenttiin maailman suurimpana aurinkosähkön markkina-alueena ympäri maailman. Ja sähkön mittakaavan aurinkoenergian aurinkosähkölaitokset Kiinassa käyttävät enimmäkseen ohutkalvotekniikkaa. Lisäksi Japani on myös ilmoittanut aikovansa käyttää jatkossa vain kestävää voimaa.

8 Harkitse huomioitavia laadukkaita ohutkalvoaurinkopaneeleja

Aurinkopaneeleja ostettaessa on huomioitava paitsi hinta ja laatu, myös muut tekijät.

l Tehokkuus: Korkea hyötysuhde voi muuntaa enemmän auringon energiaa sähköksi. Yleensä korkeampi varauksenkuljettajien pitoisuus voi lisätä aurinkokennon tehokkuutta lisäämällä johtavuutta. Keskittimen lisääminen aurinkokennoon ei vain lisää tehokkuutta, vaan se voi myös vähentää tilaa, materiaaleja ja kustannuksia, jotka tarvitaan kennon valmistukseen.

l Kestävyys ja käyttöikä: Joillakin ohutkalvomoduuleilla on myös hajoamisongelmia eri olosuhteissa. Kaikista materiaaleista CdTe kestää parhaiten suorituskyvyn heikkenemistä lämpötilan vaikutuksesta. Ja toisin kuin muut ohutkalvomateriaalit, CdTe on yleensä melko kestävä ympäristöolosuhteille, kuten lämpötilalle ja kosteudelle, mutta joustavat CdTe-paneelit voivat kokea suorituskyvyn heikkenemistä kohdistettujen jännitysten tai jännitysten vaikutuksesta.

l Paino: Se viittaa ohutkalvon aurinkopaneelin tiheyteen. Yleensä ohutkalvoaurinkopaneelit ovat kevyesti painotettuja, joten sinun ei pitäisi pelätä katollesi kohdistuvaa kuollutta painoa. Siitä huolimatta paino on silti otettava huomioon valittaessa, jotta varmistetaan, ettei se ylikuormitu asennuksen aikana.

l Lämpötila: Tämä tarkoittaa minimi- ja maksimilämpötilaa, joissa Thin Film aurinkopaneeli voi toimia. Yleisesti ottaen kaikkien parhaiden ohutkalvoaurinkopaneelien vähimmäislämpötilan katsotaan olevan -40 °C ja maksimilämpötilan 80 °C.