מהו פאנלים סולאריים בעלי סרט דק
1. מהו פאנלים סולאריים בעלי סרט דק?
בניגוד לתאים סולאריים מהדור הראשון העשויים מסיליקון חד או רב גבישי, פאנלים סולאריים בעלי סרט דק מיוצרים באמצעות שכבה אחת או מרובות של אלמנטים PV על פני משטח המורכב ממגוון של זכוכית, פלסטיק או מתכת להמרה אור שמש לתוך חשמל. והשימושים הנפוצים ביותר עבור טכנולוגיה סולארית של סרט דק הם קדמיום טלוריד (CdTe), אינדיום גליום סלניד נחושת (CIGS), סיליקון אמורפי (a-Si) וגליום ארסניד (GaAs).
2 המבנה של פאנלים סולאריים בעלי סרט דק
פאנלים סולאריים בעלי סרט דק מורכבים ממספר רב של תאים סולאריים בעלי סרט דק ומשתמשים באנרגיית אור (פוטונים) מהשמש כדי לייצר חשמל באמצעות האפקט הפוטו-וולטאי הוא כולל גם שכבות, גיליון אחורי ותיבת צומת, כולם עובדים יחד כדי להבטיח את הפעולה הרגילה של הפאנלים הסולאריים.
מה זה תאים סולריים בסרט דק?
תאים סולריים בסרט דק הם מכשירים אלקטרוניים הממירים את אור השמש לאנרגיה חשמלית על ידי האפקט הפוטו-וולטאי. תאי סרט דק נוהגים להשתמש בהרבה פחות חומר - השטח הפעיל של התא הוא בדרך כלל רק 1 עד 10 מיקרומטר עובי. כמו כן, ניתן לייצר תאי סרט דק בדרך כלל בתהליך של שטח גדול, שיכול להיות תהליך ייצור אוטומטי ומתמשך.
יתרה מכך, פאנלים סולאריים בעלי סרט דק משתמש בשכבה דקה של תחמוצת מוליכה שקופה, כגון תחמוצת פח כדי לעבוד. בעוד שתאי סרט דק עשויים מגרגרים גבישיים זעירים רבים של חומרים מוליכים למחצה כדי ליצור טוב יותר את השדה החשמלי עם ממשק, הנקרא הטרוג'נקציה. באופן כללי ניתן לייצר מכשירים מסוג זה של סרט דק כיחידה אחת - כלומר באופן מונוליטי - כאשר שכבה על שכבה מופקדת ברצף על מצע כלשהו, כולל שקיעה של ציפוי נגד השתקפות ותחמוצת מוליכה שקופה.
מה זה שכבות?
בדרך כלל ללוח סולארי עם סרט דק יש שכבה דקה מאוד (פחות מ-0.1 מיקרון) מלמעלה הנקראת שכבת "חלון" כדי לספוג אנרגיית אור רק מקצה הספקטרום עתיר האנרגיה. זה חייב להיות דק מספיק ובעל רווח פס רחב מספיק (2.8 eV או יותר) כדי להכניס את כל האור הזמין דרך הממשק (הטרוג'נקשן) לשכבה הסופגת. שכבת הקליטה מתחת לחלון, בדרך כלל מסוממת מסוג p, מצוידת בכושר ספיגה גבוה (יכולת קליטת פוטונים) לזרם גבוה ובפער פס מתאים לספק מתח טוב.
מה זה גיליון אחורי?
כפולימר או שילוב של פולימרים עם תוספים שונים, היריעה האחורית נועדה לספק מחסום בין התאים הסולאריים לסביבה החיצונית. שממנו נוכל לראות שהגיליון האחורי הוא מרכיב קריטי בעמידות, יעילות ואריכות ימים של פאנל סולארי.
מהי תיבת צומת?
כמארז חשמלי המשמש לאחסון והגנה על חיבורי חשמל, תיבת החיבורים תוכננה במיוחד כדי לספק סביבה בטוחה ומאובטחת לחיבורי חשמל כדי למנוע מגע מקרי עם חוטים חיים וכדי לפשט תחזוקה או תיקונים עתידיים. בדרך כלל תיבת חיבור PV מחוברת לגב הפאנל הסולארי ומתפקדת כממשק הפלט שלו. חיבורים חיצוניים עבור רוב המודולים הפוטו-וולטאיים משתמשים במחברי MC4 כדי להקל על חיבורים קלים עמידים בפני מזג אוויר לשאר המערכת. ניתן להשתמש גם בממשק USB.
3 היסטוריית הפיתוח של פאנלים סולאריים בסרט דק
ההיסטוריה של פאנלים סולאריים בסרט דק מתחילה בשנות ה-70, כאשר החוקרים החלו בחקירת אגרוף על השימוש בסרט דק (a-Si) של מוליכים למחצה כדי לרתום אנרגיית שמש, באותה תקופה העניין בטכנולוגיית סרט דק לשימוש מסחרי ויישומי תעופה וחלל מקדמים פיתוח של מכשירים סולאריים מסוג סיליקון דק אמורפי.
בשנות ה-80, התקדמות הטכנולוגיה אפשרה את הרחבת חומרי הסרט הדק הקיימים לחדשים, כגון קדמיום טלוריד (CdTe) ואינדיום גליום סלניד נחושת (CIGS), שיש להם יעילות המרה גבוהה יותר ועלויות ייצור נמוכות יותר.
שנות ה-90 וה-2000 היו תקופה של התקדמות משמעותית בחיפוש אחר חומרים סולאריים חדשים מהדור השלישי - חומרים בעלי פוטנציאל להתגבר על מגבלות יעילות תיאורטיות עבור חומרים מסורתיים במצב מוצק. פותחו מוצרים חדשים כגון תאים סולאריים בעלי רגישות לצבע, תאים סולריים נקודות קוונטים.
בשנות ה-2010 ובתחילת שנות ה-20, חדשנות בטכנולוגיה סולארית סרט דק כללה מאמצים להרחיב את הטכנולוגיה הסולארית של הדור השלישי ליישומים חדשים ולהקטין את עלויות הייצור. בשנת 2004, המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) השיגה יעילות שיא עולמית של 19.9% עבור מודול סרט דק של CIGS. בשנת 2022 שולבו בבד תאים סולאריים אורגניים גמישים.
כיום, תאים סולריים גמישים אורגניים עם סרט דק המשולבים בייצורים הופכים אותם לבחירה טובה יותר מאשר לוחות סיליקון מסורתיים. וטכנולוגיית הסרט הדק תפסה כ-19% מכלל ארה"ב. נתח שוק באותה שנה, כולל 30% מהייצור בקנה מידה שירות.
4. סוגי פאנלים סולאריים
ישנם מספר סוגים של חומרים המשמשים לייצור תאים סולריים בסרט דק, על סמך חומרי הגלם שלהם, ניתן לחלק אותם לארבעה סוגים
l לוחות סרט דק של קדמיום (CdTe) הם סוג של פאנל סולארי המשתמש בשכבה דקה של קדמיום טלוריד המופקד על חומר מצע, כגון זכוכית או נירוסטה, כחומר המוליך למחצה. לא רק קל משקל וקל להתקנה, יש להם גם ייצור אנרגיה גבוה בתנאי תאורה נמוכים, מה שאומר שהם יכולים לייצר חשמל גם במזג אוויר מעונן או מעונן. ההערכה היא שפאנלים סולאריים מסוג CdTe הגיעו ליעילות של 19% בתנאי בדיקה סטנדרטיים (STC), אך תאים סולאריים בודדים השיגו יעילות של 22.1%. עם זאת, ישנם כמה חששות לגבי הרעילות של קדמיום, שכן מדובר במתכת כבדה שעלולה לגרום לנזק סביבתי אם לא נפטרת כראוי.
l נחושת אינדיום גליום סלניד (CIGS) לוחות סרט דק מיוצרים על ידי הנחת שכבת אלקטרודת מוליבדן (Mo) על פני המצע באמצעות תהליך התזת בהשוואה לטכנולוגיות PV אחרות, יש להן יעילות גבוהה ויכולות להשיג יעילות תיאורטית של 33% בעתיד. בנוסף, הם פחות מועדים להיסדק או להישבר ופועלים בקלות. עם זאת, למרות יתרונות אלו, העלות יקרה יותר יחסית לטכנולוגיות אחרות, מה שעלול להפריע להמשך פיתוחן.
l סיליקון אמורפי (a-Si) לוחות סרט דק מיוצרים על ידי עיבוד לוחות זכוכית או מצעים גמישים, יחד עם תצורת p-i-n או n-i-p. היתרונות של לוחות סרט דק a-Si כוללים את הגמישות והבנייה הקלה שלהם, מה שהופך אותם לאידיאליים לשימוש ביישומים ניידים, כגון קמפינג או הפעלת חיישנים מרחוק. עם זאת, מכיוון שהזכוכית המוליכה עבור לוחות אלו יקרה והתהליך איטי, המחיר שלה יקר יחסית של כמעט 0.69 $/W.
l גליום ארסניד (GaAs) לוחות סרט דק מורכבים יותר מאשר עבור תאים סולאריים רגילים עם סרט דק בתהליך הייצור. ראוי להזכיר שהם משיגים יעילות גבוהה של עד 39.2% ועמידים יותר לחום ולחות. עם זאת, זמן הייצור, עלות החומרים וחומרי צמיחה גבוהה, הופכים אותה לבחירה פחות מעשית.
5. היישומים של פאנלים סולאריים בסרט דק
כקבוצה מתפתחת של חלופות לסיליקון פוטו-וולטאים, פאנלים סולאריים בעלי סרט דק משמשים בעיקר בתחומים הבאים.
l פוטו-וולטאים משולבים בבניין (BIPV)
מכיוון שפאנלים PV סרט דק יכולים להיות עד 90% קלים יותר מלוחות סיליקון, יישום אחד שמתחיל להיות פופולרי ברחבי העולם הוא BIPV, שבו הפאנלים הסולאריים מחוברים לרעפים, לחלון, למבנים חלשים וכן הלאה. בנוסף, סוגים מסוימים של PV סרט דק יכולים להיעשות חצי שקופים, אשר עוזרים לשמור על אסתטיקה לבתים ולבניינים תוך מתן אפשרות לייצור חשמל סולארי.
l יישומי שטח
בשל היתרונות של קל משקל, יעיל ביותר, טווח פעולה רחב של טמפרטורות ואפילו עמידות בפני נזקים נגד קרינה, פאנלים סולאריים בעלי סרט דק, במיוחד פאנלים סולאריים CIGS ו- GaAs, היו אידיאליים ליישומי חלל.
l כלי רכב ויישומים ימיים
יישום נפוץ אחד של פאנלים סולאריים בסרט דק הוא התקנת מודולי PV גמישים על גגות רכבים (במיוחד רכבי פנאי או אוטובוסים) וסיפוני סירות וכלי שיט אחרים, שניתן להשתמש בהם כדי להפעיל חשמל ובו בזמן לשמור על אסתטיקה.
l יישומים ניידים
הניידות והגודל שלו סיפקו לו פיתוח בר-קיימא בתחום האלקטרוניקה הקטנה והאינטרנט של הדברים (IoT), שצפוי לגדול באופן משמעותי בשנים הקרובות. ועם התקדמותו, הוא עשוי להיות מיושם עוד יותר במקומות מרוחקים עם פאנלים סולאריים מתקפלים, מאגר אנרגיה סולארית, מחשבים ניידים המופעלים על ידי שמש וכן הלאה.
6. מגמות הפיתוח של פאנלים סולאריים בעלי סרט דק
עם הקבלה הגוברת של אנרגיה סולארית ברחבי העולם, הטמעת הגבלות אנרגיה קפדניות והמאמצים הממשלתיים הגוברים לשילוב מקורות ירוקים ברשת, פאנלים סולאריים בעלי סרט דק צפוי להגיע לכ-27.11 מיליארד דולר עד 2030 עם CAGR מדהים של 8.29% מ- 2022 עד 2030 העלייה מונעת מיתרונותיה ו-R&ד, מכיוון שהם חסכוניים ביותר ויוצרים בקלות, מנצלים פחות חומר ומייצרים פחות פסולת. וה-R&D כדי לשפר את הסיבולת והביצועים של תאים סולאריים תיצור גם הזדמנויות חדשות לצמיחת שוק.
עם זאת, הזדמנויות באות יחד עם אתגר. רמות התחרות הגבוהות, הסביבה הרגולטורית המשתנה, כמו גם הזמינות של כספים ומשאבים נדירים, גורמים לכך שכרגע הם לא יוכלו לקחת נתח נכבד מנתח השוק העולמי.
7 ניתוח ההשקעות של פאנלים סולאריים בעלי סרט דק
נראה כי השוק של תאים סולאריים בעלי סרט דק מתפתח בשנים האחרונות, אשר מונע על ידי מספר גורמים.
l ניתוח סוג מוצר
בשנת 2018, CdTe ייצרה חשמל במחיר שהיה נמוך משמעותית מזה של מקורות אנרגיה מאובנים קונבנציונליים או משתווה לזה. בגלל עלויות התפעול והייצור הלא רעילות, הזולות שלה, כיום קטגוריית הקדמיום טלורייד שלטה בשוק התאים הסולאריים של הסרט הדק העולמי, וצפוי שהיא תמשיך לצמוח בקצב המהיר ביותר לאורך כל תקופת התחזית.
l ניתוח משתמש קצה
הפיתוח והמחקר הגואה להורדת עלויות ההתקנה והתחזוקה עשויים להגביר את צרכי הצרכנים. בשנת 2022, שוק השירותים שלט בשוק תאים סולאריים עם סרט דק ברחבי העולם, וצופים כי הוא ימשיך להתפתח בקצב המהיר ביותר לאורך כל תקופת התחזית . מכיוון שפאנלים סולאריים בעלי סרט דק מתכלים בקצב איטי בהרבה, הם מציעים אלטרנטיבה פוטנציאלית לפאנלים הסולאריים המסורתיים של c-Si.
l ניתוח אזורי
אסיה-פסיפיק היה האזור הגדול ביותר בעולם עבור תאים סולריים בסרט דק בשנת 2022, והצפי הוא שהוא ימשיך להתרחב בקצב הגבוה ביותר, אשר מונע על ידי גורמים רבים. לדוגמה, בתור שווקי ה-PV הסולאריים הגדולים בעולם, סין תעלה את היעד לאנרגיה מתחדשת מ-20% ל-35% עד 2030. ומתקנים פוטו-וולטאיים סולאריים בקנה מידה שימושי בסין משתמשים בעיקר בטכנולוגיית סרט דק. יתרה מכך, יפן גם הצהירה על כוונתה להשתמש רק בכוח בר קיימא בהמשך.
8 דברים שכדאי לקחת בחשבון עבור פאנלים סולאריים באיכות גבוהה עם סרט דק
בקניית פאנלים סולאריים יש לקחת בחשבון לא רק את המחיר והאיכות, יש לזכור גם גורמים נוספים.
l יעילות: יעילות גבוהה יכולה להמיר יותר מאנרגיית השמש לחשמל. בדרך כלל ריכוז גבוה יותר של נושאי מטען יכול להגביר את היעילות של התא הסולארי על ידי הגדלת המוליכות. הוספת רכז לתא סולארי לא רק עוזרת להגברת היעילות, אלא גם יכולה להפחית את השטח, החומרים והעלות הדרושים לייצור התא.
l עמידות ואורך חיים: לחלק ממודולי הסרט הדק יש גם בעיות עם השפלה בתנאים שונים. מבין כל החומרים, CdTe מציג את העמידות הטובה ביותר בפני ירידה בביצועים עם טמפרטורה. ובניגוד לחומרי סרט דק אחרים, CdTe נוטה להיות עמיד למדי לתנאי סביבה כמו טמפרטורה ולחות, אך לוחות CdTe גמישים עשויים לחוות ירידה בביצועים תחת מתחים או מתחים.
l משקל: זה מתייחס לצפיפות של פאנל סולארי עם סרט דק. באופן כללי, פאנל סולארי עם סרט דק משוקל קלות כך שאתה לא צריך לפחד מהחלת משקל מת על הגג שלך. עם זאת, עדיין יש לקחת בחשבון את המשקל בעת בחירת אלה כדי להבטיח שהוא לא יועמס יתר על המידה להתקנה.
l טמפרטורה: המשמעות היא הטמפרטורה המינימלית והמקסימלית שבה יכול הפאנל הסולארי של Thin Film לתפקד. באופן כללי, כל הפאנלים הסולאריים הטובים ביותר בסרט דק נחשבים לבעלי טמפרטורה מינימלית של -40 מעלות צלזיוס וטמפרטורה מקסימלית של 80 מעלות צלזיוס.
iFlowPower is a leading manufacturer of renewable energy.
