Hvað er þunnfilmu sólarplötur

1. Hvað er þunnfilmu sólarplötur?

Ólíkt fyrstu kynslóðar sólarsellur sem eru gerðar úr ein- eða fjölkristölluðu sílikoni, eru þunnfilmu sólarplötur framleiddar með því að nota eitt eða fleiri lög af PV frumefnum yfir yfirborði sem samanstendur af ýmsum gleri, plasti eða málmi til að umbreyta sólarljósi í rafmagn. Og þær sem oftast eru notaðar fyrir þunnfilmu sólartækni eru kadmíumtellúríð (CdTe), koparindíumgallíumseleníð (CIGS), formlaust sílikon (a-Si) og gallíumarseníð (GaAs).

2 Uppbygging þunnfilmu sólarplötur

Þunnfilmu sólarplötur samanstanda af miklum fjölda þunnfilmu sólarsella og nota ljósorku (ljóseindir) frá sólu til að framleiða rafmagn með ljósavirkjum. Það felur einnig í sér lög, bakplötu og tengibox, þau vinna öll saman til að tryggja eðlilega notkun sólarrafhlöðanna.

Hvað eru þunnfilmu sólarsellur?

Þunnfilmu sólarsellur eru rafeindatæki sem umbreyta sólarljósi í raforku með ljósvökvaáhrifum. Þunnfilmufrumur hafa tilhneigingu til að nota mun minna efni - virka svæði frumunnar er venjulega aðeins 1 til 10 míkrómetrar á þykkt. Einnig er venjulega hægt að framleiða þunnfilmufrumur í stóru ferli, sem getur verið sjálfvirkt, samfellt framleiðsluferli.

Það sem meira er, þunnfilmu sólarplötur nota þunnt lag af gagnsæju leiðandi oxíði, eins og tinoxíði til að vinna. Þó þunnfilmufrumur séu gerðar úr mörgum örsmáum kristalluðum kornum af hálfleiðaraefnum til að búa betur til rafsviðið með tengi, sem kallast heterojunction. Almennt er hægt að búa til þessa tegund af þunnfilmubúnaði sem eina einingu - þ.e. einlita - þar sem lag á lag er sett í röð á einhverju undirlagi, þar með talið útfellingu á endurskinshúð og gegnsætt leiðandi oxíð.

Hvað er lag?

Venjulega hefur þunnfilmu sólarplötur mjög þunnt (minna en 0,1 míkron) lag ofan á sem kallast "glugga" lagið til að gleypa ljósorku frá aðeins háorkuenda litrófsins. Það verður að vera nógu þunnt og hafa nægilega breitt bandbil (2,8 eV eða meira) til að hleypa öllu tiltæku ljósi í gegnum tengi (heterojunction) að gleypið lag. Gleypandi lagið undir glugganum, venjulega dópað p-gerð, búið háu gleypni (getu til að gleypa ljóseindir) fyrir mikinn straum og viðeigandi bandbil til að veita góða spennu.

Hvað er bakblað?

Sem fjölliða eða sambland af fjölliðum með ýmsum aukefnum er bakplatan hannað til að veita hindrun milli sólarsellunnar og ytra umhverfisins. Af því getum við séð að bakplatan er mikilvægur þáttur í endingu, skilvirkni og langlífi sólarplötu.

Hvað er tengibox?

Sem rafmagnshlíf sem notað er til að hýsa og vernda raftengingar, er tengiboxið sérstaklega hannað til að veita öruggt og öruggt umhverfi fyrir raftengingar til að koma í veg fyrir slysni í snertingu við spennuspennandi vír og til að einfalda framtíðarviðhald eða viðgerðir. Venjulega er PV tengikassi festur á bakhlið sólarplötunnar og virkar sem úttaksviðmót þess. Ytri tengingar fyrir flestar ljósvakaeiningar nota MC4 tengi til að auðvelda veðurþolnar tengingar við restina af kerfinu. Einnig er hægt að nota USB rafmagnstengi.

3 Þróunarsaga þunnfilmu sólarplötur

Saga þunnfilmu sólarplötur nær aftur til áttunda áratugarins, þegar vísindamenn hófu könnun sína á notkun þunnfilmu (a-Si) hálfleiðara til að virkja sólarorku, á þeim tíma áhuginn á þunnfilmutækni til notkunar í atvinnuskyni. og geimferðaforrit stuðla að þróun myndlausra sílikonþunnfilmu sólartækja.

Á níunda áratugnum auðveldaði tækniframfarir stækkun núverandi þunnfilmuefna í ný, svo sem kadmíumtellúríð (CdTe) og koparindíumgallíumseleníð (CIGS), sem hefur meiri umbreytingarhagkvæmni og lægri framleiðslukostnað.

1990 og 2000 var tími verulegra framfara í könnun á nýjum þriðju kynslóðar sólarefni – efni með möguleika á að sigrast á fræðilegum skilvirknimörkum fyrir hefðbundin efni í föstu formi. Margar nýjar vörur eins og litarefnisnæmar sólarsellur, skammtapunktssólfrumur voru þróaðar.

Á 2010 og snemma 2020 hefur nýsköpun í þunnfilmu sólartækni falið í sér viðleitni til að auka þriðju kynslóðar sólartækni til nýrra nota og til að lækka framleiðslukostnað. Árið 2004 náði National Renewable Energy Laboratory (NREL) heimsmetnýtni upp á 19,9% fyrir CIGS þunnfilmueiningu. Árið 2022 voru sveigjanlegar lífrænar þunnfilmu sólarsellur samþættar í efni.

Nú á dögum gera sveigjanlegar lífrænar þunnfilmu sólarsellur samþættar í framleiðslu þær að betri vali en hefðbundnar kísilplötur. Og þunnfilmutækni náði um það bil 19% af heildarfjölda Bandaríkjanna. markaðshlutdeild á sama ári, að meðtöldum 30% af framleiðslu í nytjastærð.

4. Tegundir sólarplötur

Það eru nokkrar tegundir af efnum sem notuð eru til að framleiða þunnfilmu sólarsellur, byggt á hráefni þeirra, þeim má skipta í fjórar tegundir 

l Kadmíumtellúríð (CdTe) þunnfilmaplötur eru tegund sólarplötu sem notar þunnt lag af kadmíumtellúríði sem er sett á undirlagsefni, eins og gler eða ryðfrítt stál, sem hálfleiðara efni. Þeir eru ekki aðeins léttir og auðveldir í uppsetningu, þeir hafa einnig mikla orkuframleiðslu við litla birtu, sem þýðir að þeir geta framleitt rafmagn jafnvel í skýjuðu eða skýjuðu veðri. Áætlað er að CdTe þunnfilmu sólarplötur hafi náð 19% skilvirkni samkvæmt stöðluðum prófunarskilyrðum (STC), en stakar sólarsellur hafa náð 22,1% skilvirkni. Hins vegar eru nokkrar áhyggjur af eituráhrifum kadmíums, þar sem það er þungmálmur sem getur valdið umhverfisspjöllum ef honum er ekki fargað á réttan hátt.

l Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) þunnfilmuplötur eru framleiddar með því að setja mólýbden (Mo) rafskautslag yfir undirlagið með sputtering ferli Í samanburði við aðra PV tækni hafa þeir mikla skilvirkni og geta náð fræðilegri skilvirkni upp á 33% í framtíðinni. Þar að auki eru þeir síður viðkvæmir fyrir að sprunga eða brotna og auðvelt að stjórna þeim. En þrátt fyrir þessa kosti er kostnaðurinn hlutfallslega dýrari en fyrir aðra tækni, sem getur hamlað frekari þróun þeirra.

l Formlaust kísil (a-Si) þunnfilmaplötur eru framleiddar með því að vinna úr glerplötum eða sveigjanlegu undirlagi, ásamt p-i-n eða n-i-p uppsetningu. Kostir a-Si þunnfilmuplötur eru meðal annars sveigjanleiki þeirra og léttur smíði, sem gerir þau tilvalin til notkunar í flytjanlegum forritum, svo sem útilegu eða knýjandi fjarskynjara. Hins vegar, þar sem leiðandi glerið fyrir þessar spjöld er dýrt og ferlið er hægt, er verð þess tiltölulega dýrt, næstum $0,69/W.

l Gallíumarseníð (GaAs) þunnfilmuplötur eru flóknari en fyrir venjulegar þunnfilmu sólarsellur í framleiðsluferlinu. Þess má geta að þeir ná mikilli skilvirkni allt að 39,2% og þola betur hita og raka. Engu að síður gerir framleiðslutíminn, kostnaður við efnin og hávaxtarefni það að minna raunhæfu vali.

5. Notkun þunnfilmu sólarplötur

Sem nýr flokkur valkosta við sílikon ljósvökva eru þunnfilmu sólarplötur aðallega notaðar á eftirfarandi sviðum.

l Byggingarsamþætt ljósvökva (BIPV)

Þar sem þunn filmu PV spjöld geta verið allt að 90% léttari en sílikon spjöld, er eitt forrit sem byrjar að verða vinsælt um allan heim BIPV, þar sem sólarplötur eru festar við þakplötur, glugga, veikburða mannvirki og svo framvegis. Að auki,  Sumar gerðir af þunnfilmu PV er hægt að gera hálfgegnsætt, sem hjálpar til við að viðhalda fagurfræði fyrir heimili og byggingar á sama tíma og leyfa möguleika á sólarorkuframleiðslu.

l Geimforrit

Vegna kosta léttar, mjög skilvirkra, breitt hitastigssviðs og jafnvel skemmdaþols gegn geislun, hafa þunnfilmu sólarplötur, sérstaklega CIGS og GaAs sólarplötur, verið tilvalin fyrir geimnotkun.

l Farartæki og sjósókn

Ein algeng notkun þunnfilmu sólarplötur er uppsetning sveigjanlegra PV-eininga á húsþökum ökutækja (sérstaklega húsbíla eða rútur) og þilfar báta og annarra skipa, sem hægt er að nota til að knýja rafmagn á sama tíma og halda fagurfræði.

l Færanleg forrit

Færanleiki þess og stærð hefur veitt því sjálfbæra þróun í litlum sjálfknúnum rafeindatækni og Internet of Things (IoT) geiranum, sem búist er við að muni vaxa verulega á næstu árum. Og með framförum þess gæti það verið notað frekar á afskekktum stöðum með samanbrjótanlegum sólarrafhlöðum, sólarorkubankum, sólarorkuknúnum fartölvum og svo framvegis.

6. Þróunarþróun þunnfilmu sólarplötur

Með aukinni viðurkenningu á sólarorku um allan heim, innleiðingu ströngra orkutakmarkana og aukinni viðleitni stjórnvalda til að samþætta grænar uppsprettur í netið, er gert ráð fyrir að þunnfilmu sólarplötur muni ná um 27,11 milljörðum Bandaríkjadala árið 2030 með ótrúlegum CAGR upp á 8,29% frá 2022 til 2030 Aukningin er knúin áfram af kostum sínum og R&D, þar sem þeir eru mjög hagkvæmir og auðvelt að búa til, nýta minna efni og framleiða minna úrgang. Og R&D til að auka þol og afköst sólarsala mun einnig skapa ný tækifæri fyrir markaðsvöxt.

Samt sem áður, tækifæri fylgja áskorun. Mikil samkeppni, breytilegt regluumhverfi sem og framboð af skornum fjármunum og fjármagni þýðir að sem stendur geta þeir ekki tekið umtalsverðan hluta af alþjóðlegri markaðshlutdeild.

7 Fjárfestingargreiningin á þunnfilmu sólarplötum

Markaðurinn fyrir þunnfilmu sólarsellur virðist hafa þróast á undanförnum árum, sem er knúinn áfram af nokkrum þáttum.

l Vörutegundagreining

Árið 2018 framleiddi CdTe raforku á verði sem var umtalsvert lægra en eða á pari við hefðbundna orkugjafa í jarðefnaeldsneyti. Vegna óeitruðs, ódýrs rekstrar- og framleiðslukostnaðar er kadmíumtellúríð flokkurinn ráðandi á heimsvísu þunnfilmu sólarsellumarkaðinn og búist er við að hann muni halda áfram að vaxa með hraðasta hraða allt spátímabilið.

l Greining notenda

Vaxandi þróun og rannsóknir til að lækka uppsetningar- og viðhaldskostnað geta aukið þarfir neytenda. Árið 2022 var veitumarkaðurinn ráðandi á heimsmarkaði fyrir þunnfilmu sólarrafhlöður og því er spáð að hann myndi halda áfram að þróast með hraðasta hraða allt spátímabilið . Þar sem þunnfilmu sólarplötur brotna niður á mun hægari hraða bjóða þær upp á hugsanlegan valkost við hefðbundna c-Si sólarplötur.

l Svæðisgreining

Asíu-Kyrrahaf var stærsta svæði í heimi fyrir þunnfilmu sólarsellur árið 2022 og búist er við að það muni halda áfram að stækka með hæsta hraða, sem er knúið áfram af mörgum þáttum. Til dæmis, sem stærsti sólarorkumarkaður um allan heim, mun Kína hækka markmiðið um endurnýjanlega orku úr 20% í 35% árið 2030. Og sólarljósavirkjanir í gagnsemi í Kína nota aðallega þunnfilmutækni. Þar að auki hefur Japan einnig lýst yfir ásetningi sínum um að nota aðeins sjálfbæran kraft í framhaldinu.

8 Atriði sem þarf að huga að fyrir hágæða þunnfilmu sólarplötur

Við kaup á sólarrafhlöðum þarf ekki aðeins að hafa verð og gæði í huga, einnig þarf að hafa aðra þætti í huga.

l Skilvirkni: Mikil afköst geta umbreytt meiri orku sólar í rafmagn. Almennt að hafa hærri styrk hleðslubera getur aukið skilvirkni sólarsellunnar með því að auka leiðni. Að bæta þykkni við sólarsellu hjálpar ekki aðeins til að auka skilvirkni heldur getur það einnig dregið úr plássi, efni og kostnaði sem þarf til að framleiða frumuna.

l Ending og líftími: Sumar þunnfilmueiningar hafa einnig vandamál með niðurbrot við ýmsar aðstæður. Meðal allra efna sýnir CdTe besta viðnám gegn hnignun frammistöðu við hitastig. Og ólíkt öðrum þunnfilmuefnum hefur CdTe tilhneigingu til að vera nokkuð þola umhverfisaðstæður eins og hitastig og raka, en sveigjanleg CdTe spjöld geta orðið fyrir hnignun í frammistöðu við álag eða álag.

l Þyngd: Það vísar til þéttleika þunnfilmu sólarplötunnar. Almennt séð eru þunnfilmu sólarplötur léttvigtar svo þú ættir ekki að vera hræddur við að setja dauðaþyngd á þakið þitt. Engu að síður þarf enn að huga að þyngdinni þegar þú velur þær til að tryggja að hún verði ekki ofhlaðin fyrir uppsetningu.

l Hiti: Þetta þýðir lágmarks- og hámarkshitastigið sem Thin Film sólarplöturnar geta virkað í. Almennt séð eru allar bestu þunnfilmu sólarplöturnar taldar hafa lágmarkshitastigið -40°C og hámarkshitastigið 80°C.