Ի՞նչ է բարակ թաղանթային արևային վահանակները

1. Ի՞նչ է բարակ թաղանթային արևային վահանակները:

Ի տարբերություն առաջին սերնդի արևային մարտկոցների, որոնք պատրաստված են մեկ կամ բազմաբյուրեղ սիլիցիումից, բարակ թաղանթով արևային մարտկոցները արտադրվում են PV տարրերի մեկ կամ մի քանի շերտերի միջոցով՝ տարբեր ապակուց, պլաստիկից կամ մետաղից կազմված մակերեսի վրա՝ փոխակերպելու համար: արևի լույսը էլեկտրաէներգիայի մեջ. Իսկ բարակ թաղանթով արևային տեխնոլոգիաների համար առավել հաճախ օգտագործվողներն են կադմիումի տելուրիդը (CdTe), պղնձի ինդիումի գալիում սելենիդը (CIGS), ամորֆ սիլիցիումը (a-Si) և գալիումի արսենիդը (GaAs):

2 Բարակ թաղանթով արևային վահանակների կառուցվածքը

Նիհար թաղանթով արևային վահանակները բաղկացած են մեծ թվով բարակ թաղանթով արևային մարտկոցներից և օգտագործում են արևի լույսի էներգիան (ֆոտոններ)՝ ֆոտոգալվանային էֆեկտի միջոցով էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։ Այն ներառում է նաև շերտեր, թիթեղներ և միացման տուփ, որոնք բոլորն աշխատում են միասին՝ ապահովելու արևային մարտկոցների բնականոն աշխատանքը:

Ի՞նչ է բարակ թաղանթային արևային բջիջները:

Նիհար թաղանթով արևային բջիջները էլեկտրոնային սարքեր են, որոնք արևի լույսը վերածում են էլեկտրական էներգիայի ֆոտոգալվանային էֆեկտի միջոցով: Նիհար թաղանթային բջիջները միտում ունեն շատ ավելի քիչ նյութ օգտագործելու. բջջի ակտիվ տարածքը սովորաբար կազմում է ընդամենը 1-10 միկրոմետր: Բացի այդ, բարակ թաղանթով բջիջները սովորաբար կարող են արտադրվել մեծ տարածքի գործընթացում, որը կարող է լինել ավտոմատացված, շարունակական արտադրության գործընթաց:

Ավելին, բարակ թաղանթով արևային վահանակները աշխատանքի համար օգտագործում են թափանցիկ հաղորդիչ օքսիդի բարակ շերտ, ինչպիսին է անագ օքսիդը: Մինչդեռ բարակ թաղանթային բջիջները պատրաստված են կիսահաղորդչային նյութերի բազմաթիվ մանր բյուրեղային հատիկներից, որպեսզի ավելի լավ ստեղծեն էլեկտրական դաշտը միջերեսով, որը կոչվում է հետերային միացում: Ընդհանուր առմամբ, բարակ թաղանթով նման սարքերը կարող են պատրաստվել որպես մեկ միավոր, այսինքն՝ միաձույլ, շերտ առ շերտ, որը հաջորդաբար տեղադրվում է որոշ հիմքի վրա, ներառյալ հակաարտացոլային ծածկույթի և թափանցիկ հաղորդիչ օքսիդի նստեցումը:

Ի՞նչ է շերտերը:

Սովորաբար բարակ թաղանթով արևային մարտկոցը վերևում ունի շատ բարակ (0,1 միկրոնից պակաս) շերտ, որը կոչվում է «պատուհանի» շերտ, որը կլանում է լույսի էներգիան միայն սպեկտրի բարձր էներգիայի ծայրից: Այն պետք է լինի բավականաչափ բարակ և ունենա բավականաչափ լայն բացվածք (2,8 էՎ կամ ավելի), որպեսզի ամբողջ հասանելի լույսը միջերեսի միջով (հետերերյունացում) անցնի դեպի կլանող շերտը: Պատուհանի տակ գտնվող ներծծող շերտը, սովորաբար դոպինգավորված p-տիպի, հագեցած է բարձր ներծծողությամբ (ֆոտոնները կլանելու ունակությամբ) բարձր հոսանքի համար և լավ լարման ապահովման համար հարմար գոտու բացվածքով:

Ի՞նչ է հետևի թերթիկը:

Որպես պոլիմեր կամ տարբեր հավելումներով պոլիմերների համադրություն, ետնաշերտը նախատեսված է արևային մարտկոցների և արտաքին միջավայրի միջև արգելք ապահովելու համար: Որից մենք կարող ենք տեսնել, որ հետևի թերթիկը կարևոր բաղադրիչ է արևային վահանակի ամրության, արդյունավետության և երկարակեցության համար:

Ինչ է միացման տուփը:

Որպես էլեկտրական խցիկ, որն օգտագործվում է էլեկտրական միացումները տեղադրելու և պաշտպանելու համար, միացման տուփը հատուկ նախագծված է էլեկտրական միացումների համար ապահով և ապահով միջավայր ապահովելու համար, որպեսզի կանխի հոսանքի լարերի հետ պատահական շփումը և հեշտացնի հետագա սպասարկումը կամ վերանորոգումը: Սովորաբար ՖՎ-ի միացման տուփը կցվում է արևային մարտկոցի հետևի մասում և գործում է որպես դրա ելքային միջերես: Արտաքին միացումները ֆոտոգալվանային մոդուլների մեծ մասի համար օգտագործում են MC4 միակցիչներ՝ հեշտացնելու եղանակին դիմակայող միացումները համակարգի մնացած մասերի հետ: Կարող է օգտագործվել նաև USB հոսանքի ինտերֆեյս:

3 Բարակ թաղանթային արևային վահանակների զարգացման պատմությունը

Բարակ թաղանթով արևային վահանակների պատմությունը սկսվում է 1970-ականներից, երբ հետազոտողները սկսեցին իրենց բռունցքների ուսումնասիրությունը կիսահաղորդիչների բարակ թաղանթի (a-Si) օգտագործման վերաբերյալ արեգակնային էներգիան օգտագործելու համար, այդ ժամանակ հետաքրքրությունը բարակ թաղանթային տեխնոլոգիայի նկատմամբ առևտրային օգտագործման համար: և օդատիեզերական կիրառությունները նպաստում են ամորֆ սիլիցիումի բարակ թաղանթով արևային սարքերի զարգացմանը:

1980-ականներին տեխնոլոգիայի առաջընթացը նպաստեց գոյություն ունեցող բարակ թաղանթային նյութերի ընդլայնմանը նորերի մեջ, ինչպիսիք են կադմիումի տելուրիդը (CdTe) և պղնձի ինդիումի գալիում սելենիդը (CIGS), որն ունի փոխակերպման ավելի բարձր արդյունավետություն և արտադրության ավելի ցածր ծախսեր:

1990-ականները և 2000-ականները զգալի առաջընթացի ժամանակաշրջան էին երրորդ սերնդի նոր արևային նյութերի հետախուզման մեջ՝ ավանդական պինդ վիճակում գտնվող նյութերի արդյունավետության տեսական սահմանները հաղթահարելու ներուժով: Մշակվել են նոր արտադրանքներ, ինչպիսիք են ներկով զգայուն արևային բջիջները, քվանտային արևային բջիջները:

2010-ականներին և 2020-ականների սկզբին բարակ թաղանթով արևային տեխնոլոգիայի նորարարությունը ներառում էր երրորդ սերնդի արևային տեխնոլոգիան նոր կիրառություններով ընդլայնելու և արտադրության ծախսերը նվազեցնելու ջանքերը: 2004 թվականին Վերականգնվող էներգիայի ազգային լաբորատորիան (NREL) CIGS բարակ թաղանթով մոդուլի համար հասել է համաշխարհային ռեկորդային արդյունավետության՝ 19,9%: 2022 թվականին ճկուն օրգանական բարակ թաղանթով արևային բջիջները ինտեգրվել են գործվածքների մեջ:

Մեր օրերում ճկուն օրգանական բարակ թաղանթով արևային բջիջները, որոնք ինտեգրված են արտադրություններին, դրանք դարձնում են ավելի լավ ընտրություն, քան ավանդական սիլիկոնե վահանակները: Իսկ բարակ թաղանթային տեխնոլոգիան գրավել է ԱՄՆ-ի ընդհանուր ծավալի մոտավորապես 19%-ը: շուկայական մասնաբաժինը նույն տարում, ներառյալ կոմունալ արտադրանքի 30%-ը։

4. Արևային վահանակների տեսակները

Գոյություն ունեն մի քանի տեսակի նյութեր, որոնք օգտագործվում են բարակ թաղանթով արևային բջիջների արտադրության համար՝ հիմնվելով դրանց հումքի վրա, դրանք կարելի է բաժանել չորս տեսակի. 

l Կադմիումի տելլուրիդի (CdTe) բարակ թաղանթային վահանակները արևային մարտկոցների մի տեսակ են, որն օգտագործում է կադմիումի տելուրիդի բարակ շերտը, որը դրված է հիմքի նյութի վրա, օրինակ՝ ապակի կամ չժանգոտվող պողպատ, որպես կիսահաղորդչային նյութ: Նրանք ոչ միայն թեթև են և հեշտ տեղադրվող, այլև ցածր լույսի պայմաններում ունեն էներգիայի բարձր արտադրություն, ինչը նշանակում է, որ նրանք կարող են էլեկտրաէներգիա արտադրել նույնիսկ ամպամած կամ ամպամած եղանակին: Ենթադրվում է, որ CdTe բարակ թաղանթով արևային վահանակները Ստանդարտ փորձարկման պայմաններով (STC) հասել են 19% արդյունավետության, սակայն միայնակ արևային մարտկոցները հասել են 22,1% արդյունավետության։ Այնուամենայնիվ, կան որոշ մտահոգություններ կադմիումի թունավորության վերաբերյալ, քանի որ այն ծանր մետաղ է, որը կարող է վնաս պատճառել շրջակա միջավայրին, եթե պատշաճ կերպով չօգտագործվի:

լ պղնձի ինդիումի գալիումի սելենիդի (CIGS) բարակ թաղանթային վահանակները արտադրվում են մոլիբդենի (Mo) էլեկտրոդի շերտը սուբստրատի վրա դնելով ցողման գործընթացի միջոցով: Համեմատած այլ ՖՎ տեխնոլոգիաների, դրանք ունեն բարձր արդյունավետություն և ապագայում կարող են հասնել 33% տեսական արդյունավետության: Բացի այդ, դրանք ավելի քիչ հակված են ճաքելու կամ կոտրվելու և հեշտությամբ գործարկվող: Այնուամենայնիվ, չնայած այս առավելություններին, արժեքը համեմատաբար ավելի թանկ է, քան այլ տեխնոլոգիաների, ինչը կարող է խոչընդոտել դրանց հետագա զարգացմանը:

l Ամորֆ սիլիցիում (a-Si) բարակ թաղանթային վահանակները արտադրվում են ապակե թիթեղների կամ ճկուն ենթաշերտերի մշակման միջոցով, ինչպես նաև p-i-n կամ n-i-p կոնֆիգուրացիայից: A-Si բարակ թաղանթային վահանակների առավելությունները ներառում են դրանց ճկունությունը և թեթև կառուցվածքը, ինչը նրանց դարձնում է իդեալական շարժական ծրագրերում օգտագործելու համար, ինչպիսիք են ճամբարը կամ հեռակառավարվող սենսորները: Այնուամենայնիվ, քանի որ այս վահանակների համար հաղորդիչ ապակին թանկ է, և գործընթացը դանդաղ է, դրա գինը համեմատաբար թանկ է` մոտ $0.69/Վտ:

l Gallium Arsenide (GaAs) բարակ թաղանթային վահանակներն ավելի բարդ են, քան արտադրական գործընթացի սովորական բարակ թաղանթով արևային բջիջների համար: Հարկ է նշել, որ դրանք հասնում են բարձր արդյունավետության՝ մինչև 39,2% և ավելի դիմացկուն են ջերմության և խոնավության նկատմամբ։ Այնուամենայնիվ, արտադրության ժամանակը, նյութերի արժեքը և բարձր աճի նյութերը դարձնում են ավելի քիչ կենսունակ ընտրություն:

5. Բարակ թաղանթային արևային վահանակների կիրառությունները

Որպես սիլիկոնային ֆոտոգալվանների այլընտրանքների ձևավորվող դաս, բարակ թաղանթով արևային վահանակները հիմնականում օգտագործվում են հետևյալ ոլորտներում.

l Շենքերի ինտեգրված ֆոտոգալվանա (BIPV)

Քանի որ բարակ թաղանթով ՖՎ վահանակները կարող են մինչև 90%-ով ավելի թեթև լինել, քան սիլիկոնային վահանակները, աշխարհում լայն տարածում գտած մի կիրառություն BIPV-ն է, որտեղ արևային մարտկոցները կցվում են տանիքի սալիկներին, պատուհաններին, թույլ կառույցներին և այլն: Բացի այդ,  ՖՎ-ների բարակ թաղանթների որոշ տեսակներ կարելի է դարձնել կիսաթափանցիկ, ինչը օգնում է պահպանել տների և շենքերի գեղագիտությունը՝ միաժամանակ թույլ տալով արևային էներգիայի արտադրության հնարավորությունը:

l Տիեզերական հավելվածներ

Թեթևության, բարձր արդյունավետության, շահագործման լայն ջերմաստիճանի և նույնիսկ ճառագայթման դեմ վնասման դիմադրության առավելությունների շնորհիվ, բարակ թաղանթով արևային վահանակները, հատկապես CIGS և GaAs արևային վահանակները, իդեալական են եղել տիեզերական կիրառությունների համար:

l Տրանսպորտային միջոցներ և ծովային կիրառություններ

Բարակ թաղանթով արևային վահանակների տարածված կիրառություններից մեկը ճկուն ՖՎ մոդուլների տեղադրումն է մեքենաների տանիքներին (հատկապես RVs կամ ավտոբուսներ) և նավակների և այլ նավերի տախտակամածներին, որոնք կարող են օգտագործվել էլեկտրաէներգիայի մատակարարման համար՝ միևնույն ժամանակ պահպանելով գեղագիտությունը:

l Դյուրակիր հավելվածներ

Դրա շարժականությունն ու չափը նրան կայուն զարգացում են ապահովել փոքր ինքնակառավարվող էլեկտրոնիկայի և իրերի ինտերնետի (IoT) հատվածում, որը ակնկալվում է, որ էապես կաճի առաջիկա տարիներին: Եվ իր առաջընթացով, այն կարող է հետագայում կիրառվել հեռավոր վայրերում՝ ծալովի արևային վահանակներով, արևային էներգիայի բանկերով, արևային էներգիայով աշխատող նոութբուքերով և այլն:

6. Բարակ թաղանթային արևային վահանակների զարգացման միտումները

Աշխարհում արևային էներգիայի ընդունման աճով, էներգիայի խիստ սահմանափակումների կիրառմամբ և կանաչ աղբյուրները ցանցին ինտեգրելու կառավարության ջանքերի աճով, ակնկալվում է, որ բարակ թաղանթով արևային վահանակները մինչև 2030 թվականը կհասնեն շուրջ 27,11 միլիարդ ԱՄՆ դոլարի, իսկ ուշագրավ CAGR-ն՝ 8,29%: 2022-ից մինչև 2030 Աճը պայմանավորված է նրա առավելություններով և Ռ&Դ, քանի որ դրանք չափազանց խնայող են և հեշտությամբ ստեղծվող, ավելի քիչ նյութ են օգտագործում և քիչ թափոններ են արտադրում: Իսկ Ռ&Արևային բջիջների դիմացկունությունը և արդյունավետությունը բարձրացնելու համար նաև նոր հնարավորություններ կստեղծի շուկայի աճի համար:

Այնուամենայնիվ, հնարավորությունները միանում են մարտահրավերներին: Մրցակցության բարձր մակարդակը, փոփոխվող կարգավորիչ միջավայրը, ինչպես նաև սակավ ֆինանսների և ռեսուրսների առկայությունը նշանակում է, որ ներկայումս նրանք չեն կարող զբաղեցնել համաշխարհային շուկայի մասնաբաժնի զգալի մասը:

7 Բարակ թաղանթային արևային վահանակների ներդրումային վերլուծություն

Բարակ թաղանթով արևային մարտկոցների շուկան, կարծես, զարգանում է վերջին տարիներին, ինչը պայմանավորված է մի քանի գործոններով:

l Ապրանքի տեսակի վերլուծություն

2018 թվականին CdTe-ն արտադրել է էլեկտրաէներգիա այն գնով, որը զգալիորեն ցածր է կամ համարժեք է էներգիայի սովորական հանածո վառելիքի աղբյուրներին: Իր ոչ թունավոր, էժան շահագործման և արտադրության ծախսերի պատճառով կադմիումի տելուրիդի կատեգորիան ներկայումս գերիշխում է բարակ թաղանթային արևային բջիջների համաշխարհային շուկայում, և ակնկալվում է, որ այն կշարունակի աճել ամենաարագ տեմպերով ողջ կանխատեսման ժամանակահատվածում:

l Վերջնական օգտագործողի վերլուծություն

Տեղադրման և պահպանման ծախսերը նվազեցնելու համար աճող զարգացումը և հետազոտությունը կարող է խթանել սպառողների կարիքները: 2022 թվականին կոմունալ ծառայությունների շուկան գերիշխում էր բարակ թաղանթային արևային մարտկոցների համաշխարհային շուկայում, և կանխատեսվում է, որ այն կշարունակի զարգանալ ամենաարագ տեմպերով ողջ կանխատեսվող ժամանակահատվածում: . Քանի որ բարակ թաղանթով արևային մարտկոցները քայքայվում են շատ ավելի դանդաղ տեմպերով, դրանք առաջարկում են ավանդական c-Si արևային մարտկոցների պոտենցիալ այլընտրանք:

l Տարածաշրջանային վերլուծություն

Ասիա-Խաղաղօվկիանոսյան տարածաշրջանը բարակ թաղանթով արևային բջիջների համար աշխարհում ամենամեծն էր 2022 թվականին, և ակնկալվում է, որ այն կշարունակի ընդլայնվել ամենաբարձր տեմպերով, ինչը պայմանավորված է բազմաթիվ գործոններով: Օրինակ՝ որպես արևային ՖՎ-ի ամենամեծ շուկան ամբողջ աշխարհում՝ Չինաստանը մինչև 2030 թվականը կբարձրացնի վերականգնվող էներգիայի թիրախը 20%-ից մինչև 35%: Իսկ կոմունալ մասշտաբի արևային ֆոտոգալվանային կայանքները Չինաստանում հիմնականում օգտագործում են բարակ թաղանթի տեխնոլոգիա: Ավելին, Ճապոնիան նույնպես հայտարարել է ապագայում միայն կայուն էներգիա օգտագործելու իր մտադրության մասին։

8 Բաներ, որոնք պետք է հաշվի առնել բարձրորակ բարակ թաղանթով արևային վահանակների համար

Արևային մարտկոցներ գնելիս պետք է հաշվի առնել ոչ միայն գինն ու որակը, այլ նաև այլ գործոններ:

l Արդյունավետություն: Բարձր արդյունավետությունը կարող է ավելի շատ արևի էներգիան վերածել էլեկտրականության: Ընդհանուր առմամբ, լիցքակիրների ավելի բարձր կոնցենտրացիա ունենալը կարող է բարձրացնել արևային մարտկոցի արդյունավետությունը՝ մեծացնելով հաղորդունակությունը: Արեգակնային մարտկոցին համակենտրոնացման ավելացումը ոչ միայն օգնում է բարձրացնել արդյունավետությունը, այլ նաև կարող է նվազեցնել բջջի արտադրության համար անհրաժեշտ տարածքը, նյութերը և ծախսերը:

l Երկարակեցություն և կյանք: Որոշ բարակ թաղանթային մոդուլներ ունեն նաև տարբեր պայմաններում դեգրադացման հետ կապված խնդիրներ: Բոլոր նյութերից CdTe-ն ցուցադրում է լավագույն դիմադրությունը ջերմաստիճանի հետ կապված կատարողականի դեգրադացմանը: Եվ ի տարբերություն բարակ թաղանթով այլ նյութերի, CdTe-ն հակված է բավականին դիմացկուն է շրջակա միջավայրի պայմաններին, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը և խոնավությունը, բայց ճկուն CdTe վահանակները կարող են զգալ աշխատանքի վատթարացում կիրառվող սթրեսների կամ լարումների ներքո:

լ Քաշը: Դա վերաբերում է բարակ թաղանթով արևային վահանակի խտությանը։ Ընդհանուր առմամբ, բարակ թաղանթով արևային մարտկոցը թեթև կշռված է, այնպես որ դուք չպետք է վախենաք տանիքի վրա մահացած քաշ կիրառելուց: Այնուամենայնիվ, քաշը դեռ պետք է հաշվի առնել դրանց ընտրության ժամանակ, որպեսզի ապահովվի, որ այն չի ծանրաբեռնվի տեղադրման համար:

լ Ջերմաստիճան: Սա նշանակում է նվազագույն և առավելագույն ջերմաստիճան, որում կարող է գործել Thin Film արևային մարտկոցը: Ընդհանուր առմամբ, բոլոր լավագույն բարակ թաղանթային արևային մարտկոցները համարվում են -40°C նվազագույն և 80°C առավելագույն ջերմաստիճան: