Que son os paneis solares de película fina

1. Que son os paneis solares de película fina?

A diferenza das células solares de primeira xeración que están feitas de silicio monocristalino ou multicristalino, os paneis solares de película delgada fabrícanse utilizando unha ou varias capas de elementos fotovoltaicos sobre unha superficie composta por unha variedade de vidro, plástico ou metal para converterse. luz solar en electricidade. E os máis utilizados para a tecnoloxía solar de película delgada son o telururo de cadmio (CdTe), o seleniuro de cobre indio galio (CIGS), o silicio amorfo (a-Si) e o arseniuro de galio (GaAs).

2 A estrutura dos paneis solares de película fina

Os paneis solares de película delgada consisten nun gran número de células solares de película delgada e utilizan a enerxía luminosa (fotóns) do Sol para xerar electricidade a través do efecto fotovoltaico. Tamén inclúe capas, folla posterior e caixa de unión, todos eles traballan xuntos para garantir o funcionamento normal dos paneis solares.

Que son as células solares de película fina?

As células solares de película delgada son dispositivos electrónicos que converten a luz solar en enerxía eléctrica polo efecto fotovoltaico. As células de película delgada tenden a utilizar moito menos material; a área activa da célula adoita ter só de 1 a 10 micrómetros de espesor. Ademais, as células de película delgada pódense fabricar normalmente nun proceso de gran área, que pode ser un proceso de produción automatizado e continuo.

Ademais, os paneis solares de película delgada usan unha fina capa dun óxido condutor transparente, como o óxido de estaño. Mentres que as células de película delgada están feitas de moitos pequenos grans cristalinos de materiais semicondutores para crear mellor o campo eléctrico cunha interface, chamada heteroxunción. En xeral, este tipo de dispositivos de película delgada pódense fabricar como unha única unidade, é dicir, de forma monolítica, depositándose capa tras capa de forma secuencial nalgún substrato, incluíndo a deposición dun revestimento antirreflectante e un óxido condutor transparente.

Que son as capas?

Normalmente, o panel solar de película delgada ten unha capa moi delgada (menos de 0,1 micras) na parte superior chamada capa de "xanela" para absorber a enerxía luminosa só do extremo de alta enerxía do espectro. Debe ser o suficientemente delgado e ter un intervalo de banda suficientemente amplo (2,8 eV ou máis) para que toda a luz dispoñible pase pola interface (heterounión) ata a capa absorbente. A capa absorbente debaixo da ventá, normalmente dopada de tipo p, está equipada cunha alta absorción (capacidade de absorber fotóns) para alta corrente e unha banda gap adecuada para proporcionar unha boa tensión.

Que é a folla de atrás?

Como polímero ou unha combinación de polímeros con varios aditivos, a folla posterior está deseñada para proporcionar unha barreira entre as células solares e o ambiente exterior. Desde o que podemos ver que a folla posterior é un compoñente crítico na durabilidade, a eficiencia e a lonxevidade dun panel solar.

Que é a caixa de unión?

Como un recinto eléctrico usado para albergar e protexer as conexións eléctricas, a caixa de unión está especialmente deseñada para proporcionar un ambiente seguro e seguro para as conexións eléctricas para evitar o contacto accidental con cables en tensión e para simplificar o mantemento ou as reparacións futuras. Normalmente, unha caixa de unión fotovoltaica está unida á parte traseira do panel solar e funciona como a súa interface de saída. As conexións externas da maioría dos módulos fotovoltaicos utilizan conectores MC4 para facilitar as conexións resistentes á intemperie ao resto do sistema. Tamén se pode usar unha interface de alimentación USB.

3 Historia do desenvolvemento dos paneis solares de película fina

A historia dos paneis solares de película delgada remóntase á década de 1970, cando os investigadores comezaron a súa primeira exploración sobre o uso de película delgada (a-Si) de semicondutores para aproveitar a enerxía solar, nese momento o interese pola tecnoloxía de película delgada para uso comercial. e as aplicacións aeroespaciais promoven o desenvolvemento de dispositivos solares de película fina de silicio amorfo.

Na década de 1980, os avances tecnolóxicos facilitaron a expansión dos materiais de película delgada existentes noutros novos, como o telururo de cadmio (CdTe) e o seleniuro de cobre indio galio (CIGS), que ten unha maior eficiencia de conversión e uns custos de produción máis baixos.

As décadas de 1990 e 2000 foron unha época de avances significativos na exploración de novos materiais solares de terceira xeración con potencial para superar os límites teóricos de eficiencia dos materiais tradicionais de estado sólido. Desenvolvéronse novos produtos como células solares sensibilizadas con colorantes e células solares de punto cuántico.

Na década de 2010 e principios de 2020, a innovación na tecnoloxía solar de película delgada incluíu esforzos para expandir a tecnoloxía solar de terceira xeración a novas aplicacións e diminuír os custos de produción. En 2004, o Laboratorio Nacional de Enerxías Renovables (NREL) logrou unha eficiencia récord mundial do 19,9 % para un módulo de película delgada CIGS.

Hoxe en día, as células solares de película delgada orgánicas flexibles integradas nas fabricacións convértenas nunha mellor opción que os paneis tradicionais de silicio. E a tecnoloxía de película delgada capturou aproximadamente o 19% do total dos EUA. cota de mercado no mesmo ano, incluíndo o 30% da produción a escala de servizos públicos.

4.Os tipos de paneis solares

Existen varios tipos de materiais utilizados para fabricar células solares de película fina, en función das súas materias primas, pódense dividir en catro tipos. 

l Os paneis de película delgada de telururo de cadmio (CdTe) son un tipo de paneis solares que usan unha fina capa de telururo de cadmio depositada nun material de substrato, como vidro ou aceiro inoxidable, como material semicondutor. Non só son lixeiros e fáciles de instalar, tamén teñen unha alta produción de enerxía en condicións de pouca luz, o que significa que poden xerar electricidade incluso con tempo nubrado ou anubrado. Estímase que os paneis solares de película fina de CdTe alcanzaron unha eficiencia do 19% en condicións de proba estándar (STC), pero as células solares individuais acadaron unha eficiencia do 22,1%. Non obstante, hai algunhas preocupacións sobre a toxicidade do cadmio, xa que é un metal pesado que pode causar danos ambientais se non se elimina correctamente.

l Os paneis de película fina de seleniuro de cobre e indio galio (CIGS) fanse colocando unha capa de electrodos de molibdeno (Mo) sobre o substrato mediante un proceso de pulverización catódica. En comparación con outras tecnoloxías fotovoltaicas, teñen unha alta eficiencia e poden acadar unha eficiencia teórica do 33% no futuro. Ademais, son menos propensos a racharse ou romperse e son fáciles de operar. Non obstante, a pesar destas vantaxes, o custo é relativamente máis caro que para outras tecnoloxías, o que pode dificultar o seu posterior desenvolvemento.

l Os paneis de película fina de silicio amorfo (a-Si) fabrícanse procesando placas de vidro ou substratos flexibles, xunto cunha configuración p-i-n ou n-i-p. As vantaxes dos paneis de película fina a-Si inclúen a súa flexibilidade e construción lixeira, o que os fai ideais para o seu uso en aplicacións portátiles, como acampar ou alimentar sensores remotos. Non obstante, dado que o vidro condutor destes paneis é caro e o proceso é lento, o seu prezo é relativamente caro de case 0,69 dólares/W.

l Os paneis de película fina de arseniuro de galio (GaAs) son máis complexos que para as células solares de película delgada normais do proceso de fabricación. Cabe mencionar que acadan altas eficiencias de ata o 39,2% e son máis resistentes á calor e á humidade. Non obstante, o tempo de fabricación, o custo dos materiais e os materiais de alto crecemento fan que sexa unha opción menos viable.

5.As aplicacións dos paneis solares de película fina

Como unha clase emerxente de alternativas á fotovoltaica de silicio, os paneis solares de película delgada úsanse principalmente nos seguintes campos.

l Fotovoltaica integrada en edificios (BIPV)

Dado que os paneis fotovoltaicos de película fina poden ser ata un 90 % máis lixeiros que os de silicio, unha aplicación que comeza a ser moi popular en todo o mundo é BIPV, onde os paneis solares están unidos ás tellas do tellado, fiestras, estruturas débiles, etc. Ademais,  algúns tipos de FV de película fina pódense facer semitransparentes, o que axuda a manter a estética de vivendas e edificios ao tempo que permite a posibilidade de xeración de enerxía solar.

l Aplicacións espaciais

Debido ás vantaxes do lixeiro, moi eficiente, un amplo rango de temperatura de operación e mesmo a resistencia ao dano contra a radiación, os paneis solares de película fina, especialmente os paneis solares CIGS e GaAs, foron un ideal para aplicacións espaciais.

l Vehículos e aplicacións mariñas

Unha aplicación común dos paneis solares de película fina é a instalación de módulos fotovoltaicos flexibles nos tellados dos vehículos (especialmente en vehículos recreativos ou autobuses) e nas cubertas de barcos e outras embarcacións, que poden utilizarse para alimentar electricidade mantendo ao mesmo tempo a estética.

l Aplicacións portátiles

A súa portabilidade e tamaño proporcionáronlle un desenvolvemento sostible no sector da pequena electrónica autoalimentada e da Internet das Cousas (IoT), que se espera que medre substancialmente nos próximos anos. E co seu avance, pódese aplicar aínda máis en lugares remotos con paneis solares plegables, bancos de enerxía solar, portátiles con enerxía solar, etc.

6.As tendencias de desenvolvemento dos paneis solares de película fina

Coa crecente aceptación da enerxía solar en todo o mundo, a implementación de restricións enerxéticas estritas e os esforzos gobernamentais crecentes para integrar fontes verdes na rede, espérase que os paneis solares de película delgada alcancen uns 27.110 millóns de dólares para 2030 cun notable CAGR do 8,29% 2022 a 2030 O aumento vén impulsado polas súas vantaxes e R&D, xa que son moi económicos e de fácil creación, utilizan menos material e producen menos residuos. E o R&D para mellorar a resistencia e o rendemento das células solares tamén creará novas oportunidades para o crecemento do mercado.

Non obstante, as oportunidades únense co desafío. Os altos niveis de competencia, un entorno normativo cambiante, así como a dispoñibilidade de financiamento e recursos escasos significan que actualmente poden non ser capaces de asumir unha parte importante da cota de mercado global.

7 A análise do investimento de paneis solares de película fina

O mercado das células solares de película fina parece desenvolverse nos últimos anos, o que está impulsado por varios factores.

l Análise do tipo de produto

En 2018, o CdTe produciu electricidade a un prezo significativamente inferior ou igual ao das fontes de enerxía convencionais de combustibles fósiles. Debido aos seus custos de produción e operación non tóxicos e baratos, actualmente a categoría de telururo de cadmio dominaba o mercado mundial de células solares de película delgada e prevese que seguirá crecendo ao ritmo máis rápido durante todo o período de previsión.

l Análise do usuario final

O crecente desenvolvemento e investigación para reducir os custos de instalación e mantemento poden aumentar as necesidades dos consumidores. En 2022, o mercado de servizos públicos dominou o mercado mundial de células solares de película delgada e prevese que seguiría desenvolvéndose ao ritmo máis rápido durante todo o período de previsión. . Dado que os paneis solares de película fina se degradan a un ritmo moito máis lento, ofrecen unha alternativa potencial aos tradicionais paneis solares c-Si.

l Análise Rexional

Asia-Pacífico foi a rexión máis grande do mundo de células solares de película fina en 2022, e prevese que seguirá expandindo ao ritmo máis alto, impulsado por moitos factores. Por exemplo, como o maior mercado de enerxía solar fotovoltaica do mundo, China elevará o obxectivo de enerxía renovable do 20% ao 35% para 2030. E as instalacións solares fotovoltaicas en China empregan principalmente tecnoloxía de película fina. Ademais, Xapón tamén declarou a súa intención de utilizar só enerxía sostible no futuro.

8 Cousas a considerar para paneis solares de película fina de alta calidade

Ao mercar paneis solares, non só hai que ter en conta o prezo e a calidade, tamén hai que ter en conta outros factores.

l Eficiencia: A alta eficiencia pode converter máis da enerxía do sol en electricidade. Xeralmente ter unha maior concentración de portadores de carga pode aumentar a eficiencia da célula solar aumentando a condutividade. A adición dun concentrador a unha célula solar non só axuda a aumentar a eficiencia, senón que tamén pode reducir o espazo, os materiais e o custo necesarios para producir a célula.

l Durabilidade e vida útil: Algúns módulos de película fina tamén teñen problemas de degradación en varias condicións. Entre todos os materiais, o CdTe presenta a mellor resistencia á degradación do rendemento coa temperatura. E a diferenza doutros materiais de película delgada, o CdTe tende a ser bastante resistente ás condicións ambientais como a temperatura e a humidade, pero os paneis flexibles de CdTe poden sufrir unha degradación do rendemento baixo tensións ou deformacións aplicadas.

l Peso: Refírese á densidade do panel solar de película fina. En xeral, os paneis solares de película delgada teñen un peso leve, polo que non debes ter medo de aplicar peso morto no teu tellado. Non obstante, aínda hai que ter en conta o peso á hora de seleccionar uns para garantir que non se sobrecargará para a instalación.

l Temperatura: Isto significa a temperatura mínima e máxima na que pode funcionar o panel solar Thin Film. En xeral, considérase que todos os mellores paneis solares de película fina teñen unha temperatura mínima de -40 °C e unha temperatura máxima de 80 °C.