რა არის თხელი ფილმი მზის პანელები

1. რა არის თხელი ფილმი მზის პანელები?

პირველი თაობის მზის უჯრედებისგან განსხვავებით, რომლებიც დამზადებულია ერთი ან მრავალკრისტალური სილიკონისგან, თხელი ფენიანი მზის პანელები იწარმოება PV ელემენტების ერთი ან რამდენიმე ფენის გამოყენებით ზედაპირზე, რომელიც შედგება სხვადასხვა მინისგან, პლასტმასისგან ან ლითონისგან გადასაყვანად. მზის შუქი ელექტროენერგიაში. და ყველაზე ხშირად გამოყენებული მზის თხელი ფენის ტექნოლოგიისთვის არის კადმიუმის ტელურიდი (CdTe), სპილენძის ინდიუმის გალიუმის სელენიდი (CIGS), ამორფული სილიციუმი (a-Si) და გალიუმის არსენიდი (GaAs).

2 თხელი ფილმი მზის პანელების სტრუქტურა

თხელი ფირის მზის პანელები შედგება დიდი რაოდენობით თხელი ფენიანი მზის უჯრედებისგან და იყენებენ მზის ენერგიას (ფოტონებს) ელექტროენერგიის გამოსამუშავებლად ფოტოელექტრული ეფექტის საშუალებით. იგი ასევე მოიცავს ფენებს, უკანა ფურცელს და შეერთების ყუთს, ყველა მათგანი ერთად მუშაობს მზის პანელების ნორმალური მუშაობის უზრუნველსაყოფად.

რა არის თხელი ფირის მზის უჯრედები?

თხელი ფირის მზის უჯრედები ელექტრონული მოწყობილობებია, რომლებიც მზის შუქს ელექტროენერგიად გარდაქმნის ფოტოელექტრული ეფექტით. თხელი ფირის უჯრედები გამოიყენებენ გაცილებით ნაკლებ მასალას - უჯრედის აქტიური არე, ჩვეულებრივ, მხოლოდ 1-დან 10 მიკრომეტრამდე სისქეს შეადგენს. ასევე, თხელი ფენის უჯრედები ჩვეულებრივ შეიძლება დამზადდეს დიდი ფართობის პროცესში, რომელიც შეიძლება იყოს ავტომატიზირებული, უწყვეტი წარმოების პროცესი.

უფრო მეტიც, თხელი ფირის მზის პანელები სამუშაოდ იყენებენ გამჭვირვალე გამტარ ოქსიდის თხელ ფენას, როგორიცაა კალის ოქსიდი. მიუხედავად იმისა, რომ თხელი ფირის უჯრედები დამზადებულია ნახევარგამტარული მასალების მრავალი პაწაწინა კრისტალური მარცვლებისგან, რათა უკეთ შექმნან ელექტრული ველი ინტერფეისით, რომელსაც ეწოდება ჰეტეროკავშირი. ზოგადად, ამ ტიპის თხელი ფენის მოწყობილობები შეიძლება დამზადდეს როგორც ერთიანი - ანუ მონოლითურად - ფენა-ფენა თანმიმდევრულად დეპონირდება ზოგიერთ სუბსტრატზე, მათ შორის ანტირეფლექსური საფარის და გამჭვირვალე გამტარ ოქსიდის დეპონირება.

რა არის ფენები?

როგორც წესი, თხელი ფილმის მზის პანელს აქვს ძალიან თხელი (0,1 მიკრონიზე ნაკლები) ფენა თავზე, რომელსაც ეწოდება "ფანჯრის" ფენა, რომელიც შთანთქავს სინათლის ენერგიას მხოლოდ სპექტრის მაღალი ენერგიის ბოლოდან. ის უნდა იყოს საკმარისად თხელი და ჰქონდეს საკმარისად ფართო ზოლი (2,8 ევ ან მეტი), რათა ყველა არსებული შუქი ინტერფეისის (ჰეტეროჯუნცია) შთამნთქმელ ფენამდე გაუშვას. შთამნთქმელი ფენა ფანჯრის ქვეშ, ჩვეულებრივ დოპირებული p-ტიპის, აღჭურვილია მაღალი შთანთქმის უნარით (ფოტონების შთანთქმის უნარი) მაღალი დენით და შესაფერისი ზოლის უფსკრულით კარგი ძაბვის უზრუნველსაყოფად.

რა არის უკანა ფურცელი?

როგორც პოლიმერი ან პოლიმერების კომბინაცია სხვადასხვა დანამატებით, უკანა ფურცელი შექმნილია ისე, რომ უზრუნველყოს ბარიერი მზის უჯრედებსა და გარე გარემოს შორის. საიდანაც შეგვიძლია დავინახოთ, რომ უკანა ფურცელი არის მზის პანელის გამძლეობის, ეფექტურობისა და ხანგრძლივობის მნიშვნელოვანი კომპონენტი.

რა არის დამაკავშირებელი ყუთი?

როგორც ელექტრული დანართი, რომელიც გამოიყენება ელექტრული კავშირების დასაყენებლად და დასაცავად, დამაკავშირებელი ყუთი სპეციალურად შექმნილია ელექტრო კავშირებისთვის უსაფრთხო და უსაფრთხო გარემოს უზრუნველსაყოფად, რათა თავიდან აიცილოს შემთხვევითი კონტაქტი ცოცხალ სადენებთან და გაამარტივოს შემდგომი მოვლა ან შეკეთება. ჩვეულებრივ, PV შეერთების ყუთი მიმაგრებულია მზის პანელის უკანა მხარეს და ფუნქციონირებს როგორც მისი გამომავალი ინტერფეისი. გარე კავშირები ფოტოელექტრული მოდულების უმეტესობისთვის იყენებს MC4 კონექტორებს, რათა გააადვილოს ჰაერგამძლე კავშირები დანარჩენ სისტემასთან. ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას USB დენის ინტერფეისი.

3 თხელი ფილმი მზის პანელების განვითარების ისტორია

თხელი ფირის მზის პანელების ისტორია თარიღდება 1970-იანი წლებით, როდესაც მკვლევარებმა დაიწყეს პირველი შესწავლა ნახევარგამტარების თხელი ფირის (a-Si) გამოყენების შესახებ მზის ენერგიის გამოსაყენებლად. და საჰაერო კოსმოსური აპლიკაციები ხელს უწყობს ამორფული სილიკონის თხელი ფენით მზის მოწყობილობების განვითარებას.

1980-იან წლებში ტექნოლოგიის წინსვლამ ხელი შეუწყო არსებული თხელი ფენის მასალების გაფართოებას ახლებად, როგორიცაა კადმიუმის ტელურიდი (CdTe) და სპილენძის ინდიუმის გალიუმის სელენიდი (CIGS), რომელსაც აქვს მაღალი კონვერტაციის ეფექტურობა და დაბალი წარმოების ხარჯები.

1990-იანი და 2000-იანი წლები მნიშვნელოვანი წინსვლის დრო იყო ახალი მესამე თაობის მზის მასალების - მასალების შესწავლაში, რომლებსაც აქვთ პოტენციალი, გადალახონ ეფექტურობის თეორიული ლიმიტები ტრადიციული მყარი მდგომარეობის მასალებისთვის. შეიქმნა ახალი პროდუქტები, როგორიცაა საღებავით მგრძნობიარე მზის უჯრედები, კვანტური წერტილოვანი მზის უჯრედები.

2010-იან და 2020-იანი წლების დასაწყისში, ინოვაცია თხელი ფირის მზის ტექნოლოგიაში მოიცავდა მცდელობებს მესამე თაობის მზის ტექნოლოგიების ახალ აპლიკაციებზე გაფართოებისა და წარმოების ხარჯების შემცირებაზე. 2004 წელს, განახლებადი ენერგიის ეროვნულმა ლაბორატორიამ (NREL) მიაღწია მსოფლიო რეკორდულ ეფექტურობას 19,9% CIGS თხელი ფირის მოდულისთვის. 2022 წელს მოქნილი ორგანული თხელი ფენით მზის უჯრედები ინტეგრირებული იქნა ქსოვილში.

დღესდღეობით, მოქნილი ორგანული თხელი ფირის მზის უჯრედები, რომლებიც ინტეგრირებულია ფაბრიკატებში, მათ უკეთეს არჩევანს აქცევს, ვიდრე ტრადიციული სილიკონის პანელები. და თხელი ფილმის ტექნოლოგიამ დაიპყრო მთლიანი აშშ-ის დაახლოებით 19%. იმავე წელს ბაზრის წილი, მათ შორის კომუნალური მასშტაბის წარმოების 30%.

4. მზის პანელების ტიპები

არსებობს რამდენიმე სახის მასალა, რომელიც გამოიყენება თხელი ფენიანი მზის უჯრედების წარმოებისთვის, მათი ნედლეულიდან გამომდინარე, ისინი შეიძლება დაიყოს ოთხ ტიპად. 

l კადმიუმის ტელურიდის (CdTe) თხელი ფირის პანელები არის მზის პანელის ტიპი, რომელიც იყენებს კადმიუმის ტელურიდის თხელ ფენას, რომელიც დეპონირებულია სუბსტრატის მასალაზე, როგორიცაა მინა ან უჟანგავი ფოლადი, როგორც ნახევარგამტარ მასალა. არა მხოლოდ მსუბუქი და მარტივი ინსტალაცია, მათ ასევე აქვთ მაღალი ენერგიის წარმოება დაბალი განათების პირობებში, რაც ნიშნავს, რომ მათ შეუძლიათ ელექტროენერგიის გამომუშავება მოღრუბლულ ან მოღრუბლულ ამინდშიც კი. შეფასებულია, რომ CdTe თხელი ფირის მზის პანელები მიაღწიეს 19% ეფექტურობას სტანდარტული ტესტირების პირობებში (STC), მაგრამ ერთმა მზის ელემენტებმა მიაღწიეს ეფექტურობას 22.1%. თუმცა, არსებობს გარკვეული შეშფოთება კადმიუმის ტოქსიკურობასთან დაკავშირებით, რადგან ის არის მძიმე მეტალი, რომელსაც შეუძლია ზიანი მიაყენოს გარემოს, თუ სათანადოდ არ განადგურდება.

ლ სპილენძის ინდიუმის გალიუმის სელენიდის (CIGS) თხელი ფირის პანელები დამზადებულია მოლიბდენის (Mo) ელექტროდის ფენის მოთავსებით სუბსტრატზე დაფქვის პროცესის გზით. სხვა PV ტექნოლოგიებთან შედარებით, მათ აქვთ მაღალი ეფექტურობა და შეუძლიათ მიაღწიონ თეორიულ ეფექტურობას მომავალში 33%. გარდა ამისა, ისინი ნაკლებად არიან მიდრეკილნი ბზარების ან მსხვრევისკენ და ადვილად მუშაობენ. თუმცა, მიუხედავად ამ უპირატესობებისა, ღირებულება შედარებით უფრო ძვირია, ვიდრე სხვა ტექნოლოგიებისთვის, რამაც შეიძლება შეაფერხოს მათი შემდგომი განვითარება.

l ამორფული სილიკონის (a-Si) თხელი ფირის პანელები დამზადებულია მინის ფირფიტების ან მოქნილი სუბსტრატების დამუშავებით, p-i-n ან n-i-p კონფიგურაციასთან ერთად. a-Si თხელი ფირის პანელების უპირატესობები მოიცავს მათ მოქნილობას და მსუბუქ კონსტრუქციას, რაც მათ იდეალურს ხდის პორტატულ აპლიკაციებში გამოსაყენებლად, როგორიცაა კემპინგი ან დისტანციური სენსორების კვება. თუმცა, ვინაიდან ამ პანელების გამტარი მინა ძვირია და პროცესი ნელია, მისი ფასი შედარებით ძვირია, დაახლოებით $0.69/W.

l გალიუმის არსენიდის (GaAs) თხელი ფირის პანელები უფრო რთულია, ვიდრე წარმოების პროცესის ჩვეულებრივი თხელი ფენიანი მზის უჯრედებისთვის. აღსანიშნავია, რომ ისინი აღწევენ მაღალ ეფექტურობას 39,2%-მდე და უფრო მდგრადია სითბოსა და ტენიანობის მიმართ. მიუხედავად ამისა, წარმოების დრო, მასალების ღირებულება და მაღალი ზრდის მასალები მას ნაკლებად სიცოცხლისუნარიან არჩევანს აქცევს.

5. თხელფილიანი მზის პანელების აპლიკაციები

როგორც სილიკონის ფოტოვოლტაიკის ალტერნატივების განვითარებადი კლასი, თხელი ფირის მზის პანელები ძირითადად გამოიყენება შემდეგ სფეროებში.

l შენობაში ინტეგრირებული ფოტოელექტროსადგურები (BIPV)

ვინაიდან თხელი ფირის PV პანელები შეიძლება იყოს 90%-მდე მსუბუქი ვიდრე სილიკონის პანელები, ერთ-ერთი აპლიკაცია, რომელიც მსოფლიოში ფართოდ პოპულარული ხდება, არის BIPV, სადაც მზის პანელები მიმაგრებულია სახურავის ფილებზე, ფანჯარაზე, სუსტ კონსტრუქციებზე და ა.შ. დამატებით,  ზოგიერთი სახის თხელი ფირის PV შეიძლება გახდეს ნახევრად გამჭვირვალე, რაც ხელს უწყობს სახლებისა და შენობების ესთეტიკის შენარჩუნებას, ხოლო მზის ენერგიის გამომუშავების შესაძლებლობას.

l კოსმოსური აპლიკაციები

მსუბუქი, უაღრესად ეფექტური, ოპერაციული ტემპერატურის ფართო დიაპაზონის უპირატესობების გამო და რადიაციის მიმართ დაზიანების წინააღმდეგობაც კი, თხელი ფირის მზის პანელები, განსაკუთრებით CIGS და GaAs მზის პანელები, იდეალური იყო კოსმოსური გამოყენებისთვის.

l მანქანები და საზღვაო აპლიკაციები

თხელი ფირის მზის პანელების ერთ-ერთი გავრცელებული გამოყენებაა მოქნილი PV მოდულების დაყენება ავტომობილის სახურავებზე (განსაკუთრებით RV-ებზე ან ავტობუსებზე) და გემების და სხვა გემების გემბანებზე, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტროენერგიის გასაძლიერებლად და ამავდროულად ესთეტიკის შესანარჩუნებლად.

l პორტატული აპლიკაციები

მისმა პორტაბელურობამ და ზომამ მისცა მდგრადი განვითარება მცირე თვითმმართველობის ელექტრონიკის და ნივთების ინტერნეტის (IoT) სექტორში, რომელიც, სავარაუდოდ, არსებითად გაიზრდება უახლოეს წლებში. და მისი წინსვლასთან ერთად, ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას შორეულ ადგილებში დასაკეცი მზის პანელებით, მზის ენერგიის ბანკებით, მზის ენერგიით მომუშავე ლეპტოპებით და ა.შ.

6. თხელი ფილმი მზის პანელების განვითარების ტენდენციები

მზის ენერგიის მზარდი მიღებით მთელ მსოფლიოში, მკაცრი ენერგეტიკული შეზღუდვების დანერგვით და მზარდი მთავრობის მცდელობებით მწვანე წყაროების ქსელში ინტეგრირებისთვის, თხელი ფილმის მზის პანელები სავარაუდოდ მიაღწევს დაახლოებით 27,11 მილიარდ აშშ დოლარს 2030 წლისთვის, შესანიშნავი CAGR 8,29% -დან. 2022 წლიდან 2030 ზრდა განპირობებულია მისი უპირატესობებით და რ&D, რადგან ისინი ძალიან ეკონომიური და ადვილად ქმნიან, ნაკლებ მასალას იყენებენ და ნაკლებ ნარჩენებს წარმოქმნიან. და რ&მზის უჯრედების გამძლეობისა და მუშაობის გაძლიერება ასევე შექმნის ახალ შესაძლებლობებს ბაზრის ზრდისთვის.

თუმცა, შესაძლებლობები გამოწვევასთან ერთად მოდის. კონკურენციის მაღალი დონე, ცვალებადი მარეგულირებელი გარემო, ისევე როგორც მწირი ფინანსებისა და რესურსების ხელმისაწვდომობა ნიშნავს, რომ ამჟამად მათ შესაძლოა ვერ დაიკავონ გლობალური ბაზრის მნიშვნელოვანი ნაწილი.

7 თხელი ფილმი მზის პანელების საინვესტიციო ანალიზი

როგორც ჩანს, ბოლო წლებში ვითარდებოდა თხელი ფირის მზის უჯრედების ბაზარი, რაც განპირობებულია რამდენიმე ფაქტორით.

l პროდუქტის ტიპის ანალიზი

2018 წელს CdTe ელექტროენერგიას აწარმოებდა იმ ფასად, რომელიც მნიშვნელოვნად დაბალი იყო ან ემთხვეოდა ჩვეულებრივი წიაღისეული საწვავის ენერგიის წყაროებს. მისი არატოქსიკური, იაფი ექსპლუატაციისა და წარმოების ხარჯების გამო, ამჟამად კადმიუმის ტელურიდის კატეგორია დომინირებს თხელი ფირის მზის უჯრედების მსოფლიო ბაზარზე და მოსალოდნელია, რომ ის გაგრძელდება უსწრაფესი ტემპით პროგნოზირების პერიოდში.

l საბოლოო მომხმარებლის ანალიზი

მზარდმა განვითარებამ და კვლევამ ინსტალაციისა და შენარჩუნების ხარჯების შესამცირებლად შეიძლება გაზარდოს მომხმარებელთა საჭიროებები. 2022 წელს, კომუნალური ბაზარი დომინირებდა მსოფლიო თხელი ფირის მზის უჯრედების ბაზარზე და ვარაუდობენ, რომ ის გააგრძელებს განვითარებას ყველაზე სწრაფი ტემპით მთელი საპროგნოზო პერიოდის განმავლობაში. . იმის გამო, რომ თხელი ფირის მზის პანელები იშლება ბევრად უფრო ნელი ტემპით, ისინი გვთავაზობენ პოტენციურ ალტერნატივას ტრადიციული c-Si მზის პანელებისთვის.

l რეგიონალური ანალიზი

აზია-წყნარი ოკეანე 2022 წელს იყო მსოფლიოში ყველაზე დიდი რეგიონი თხელი ფირის მზის უჯრედებისთვის და მოსალოდნელია, რომ ის გააგრძელებს ყველაზე მაღალი ტემპით გაფართოებას, რასაც მრავალი ფაქტორი განაპირობებს. მაგალითად, როგორც უმსხვილესი მზის PV ბაზრები მთელს მსოფლიოში, ჩინეთი 2030 წლისთვის გაზრდის განახლებადი ენერგიის მიზნებს 20%-დან 35%-მდე. და ჩინეთში სარგებლობის მასშტაბის მზის ფოტოელექტრო ნაგებობები ძირითადად იყენებენ თხელი ფირის ტექნოლოგიას. უფრო მეტიც, იაპონიამ ასევე გამოაცხადა თავისი განზრახვა გამოიყენოს მხოლოდ მდგრადი ძალა შემდგომში.

8 გასათვალისწინებელია მაღალი ხარისხის თხელი ფილმი მზის პანელებისთვის

მზის პანელების ყიდვისას გასათვალისწინებელია არა მხოლოდ ფასი და ხარისხი, არამედ სხვა ფაქტორებიც.

l ეფექტურობა: მაღალ ეფექტურობას შეუძლია მზის ენერგიის მეტი ელექტროენერგიად გადაქცევა. ზოგადად, მუხტის მატარებლების უფრო მაღალი კონცენტრაცია შეიძლება გაზარდოს მზის ელემენტის ეფექტურობა გამტარობის გაზრდით. მზის ბატარეაში კონცენტრატორის დამატება არა მხოლოდ ხელს უწყობს ეფექტურობის გაზრდას, არამედ შეუძლია შეამციროს უჯრედის წარმოებისთვის საჭირო სივრცე, მასალები და ღირებულება.

l გამძლეობა და სიცოცხლე: ზოგიერთ თხელი ფენის მოდულს ასევე აქვს დეგრადაციის პრობლემები სხვადასხვა პირობებში. ყველა მასალას შორის, CdTe აჩვენებს საუკეთესო წინააღმდეგობას ტემპერატურის დაქვეითების მიმართ. და სხვა თხელი ფენიანი მასალებისგან განსხვავებით, CdTe, როგორც წესი, საკმაოდ მდგრადია გარემო პირობების მიმართ, როგორიცაა ტემპერატურა და ტენიანობა, მაგრამ მოქნილი CdTe პანელები შეიძლება განიცდიან შესრულების დეგრადაციას გამოყენებული სტრესის ან დაძაბულობის დროს.

ლ წონა: ეს ეხება თხელი ფირის მზის პანელის სიმკვრივეს. ზოგადად, თხელი ფირის მზის პანელი მსუბუქად იწონის, ასე რომ თქვენ არ უნდა შეგეშინდეთ სახურავზე მკვდარი წონის დაყენების. მიუხედავად ამისა, წონა მაინც უნდა იყოს გათვალისწინებული მათი შერჩევისას, რათა უზრუნველყოფილი იყოს არ გადაიტვირთოს ინსტალაციისთვის.

ლ ტემპერატურა: ეს ნიშნავს მინიმალურ და მაქსიმალურ ტემპერატურას, რომელშიც თხელი ფირის მზის პანელი ფუნქციონირებს. ზოგადად, ყველა საუკეთესო თხელი ფირის მზის პანელს აქვს მინიმალური ტემპერატურა -40°C და მაქსიმალური ტემპერატურა 80°C.