Жұқа пленкалы күн панельдері дегеніміз не

1. Жұқа пленкалы күн панельдері дегеніміз не?

Бір немесе көп кристалды кремнийден жасалған бірінші буындағы күн батареяларынан айырмашылығы, жұқа пленкалы күн панельдері түрлендіру үшін әртүрлі шыныдан, пластиктен немесе металдан тұратын бетке PV элементтерінің бір немесе бірнеше қабаттарын қолдану арқылы жасалады. күн сәулесі электр энергиясына айналады. Ал жұқа қабықшалы күн технологиясы үшін ең жиі қолданылатындар кадмий теллуриді (CdTe), мыс индий галлий селениді (CIGS), аморфты кремний (a-Si) және галий арсениді (GaAs).

2 Жұқа пленкалы күн панельдерінің құрылымы

Жұқа пленкалы күн панельдері көптеген жұқа пленкалы күн батареяларынан тұрады және фотоэлектрлік эффект арқылы электр энергиясын өндіру үшін күннен түсетін жарық энергиясын (фотондар) пайдаланады. Ол сонымен қатар қабаттарды, артқы парақты және біріктіру қорабын қамтиды, олардың барлығы күн панельдерінің қалыпты жұмысын қамтамасыз ету үшін бірге жұмыс істейді.

Жұқа қабықшалы күн батареялары дегеніміз не?

Жұқа пленкалы күн батареялары фотоэлектрлік эффект арқылы күн сәулесін электр энергиясына түрлендіретін электрондық құрылғылар болып табылады. Жұқа қабықшалы ұяшықтар материалды әлдеқайда аз пайдаланады - жасушаның белсенді аймағы әдетте тек 1-ден 10 микрометрге дейін қалыңдықты құрайды. Сондай-ақ, жұқа қабықшалы жасушалар әдетте автоматтандырылған, үздіксіз өндіріс процесі болуы мүмкін үлкен аумақты процессте жасалуы мүмкін.

Оның үстіне жұқа пленкалы күн панельдері жұмыс істеу үшін қалайы оксиді сияқты мөлдір өткізгіш оксидтің жұқа қабатын пайдаланады. Жұқа қабықшалы ұяшықтар гетеройысу деп аталатын интерфейсі бар электр өрісін жақсырақ жасау үшін жартылай өткізгіш материалдардың көптеген ұсақ кристалдық түйірлерінен жасалған. Жалпы жұқа пленкалы құрылғылардың мұндай түрін біртұтас, яғни монолитті түрде жасауға болады - қабаттан қабатқа бірінен соң бірі кейбір негіздерге, соның ішінде шағылысқа қарсы жабынды және мөлдір өткізгіш оксидті тұндыру.

Қабаттар дегеніміз не?

Әдетте жұқа қабықшалы күн панелінің жоғарғы жағында спектрдің жоғары энергиялы шетінен жарық энергиясын жұту үшін «терезе» қабаты деп аталатын өте жұқа (0,1 микроннан аз) қабат болады. Ол жеткілікті жұқа болуы керек және барлық қолжетімді жарықты интерфейс (гетеройысу) арқылы жұту қабатына өткізу үшін жеткілікті кең жолақ саңылауы (2,8 эВ немесе одан көп) болуы керек. Терезенің астындағы сіңіру қабаты, әдетте легирленген р-типі, жоғары ағынмен және жақсы кернеуді қамтамасыз ету үшін қолайлы жолақ саңылауы үшін жоғары сіңіргіштікпен (фотондарды сіңіру қабілетімен) жабдықталған.

Backsheet дегеніміз не?

Полимер немесе әртүрлі қоспалары бар полимерлердің комбинациясы ретінде артқы парақ күн батареялары мен сыртқы орта арасындағы кедергіні қамтамасыз етуге арналған. Бұдан біз артқы парақ күн панелінің беріктігі, тиімділігі және ұзақ қызмет етуінің маңызды құрамдас бөлігі болып табылатынын көреміз.

Қосылу қорабы дегеніміз не?

Электр қосылымдарын орналастыру және қорғау үшін қолданылатын электр қорабы ретінде, қосқыш қорап ток өткізетін сымдармен кездейсоқ жанасуды болдырмайтын және болашақ техникалық қызмет көрсетуді немесе жөндеуді жеңілдету үшін электр қосылымдары үшін қауіпсіз және қауіпсіз ортаны қамтамасыз ету үшін арнайы жасалған. Әдетте күн панелінің артқы жағына PV қосқышы бекітіледі және оның шығыс интерфейсі ретінде жұмыс істейді. Көптеген фотовольтаикалық модульдерге арналған сыртқы қосылымдар жүйенің қалған бөліктеріне оңай ауа райына төзімді қосылымдарды жеңілдету үшін MC4 қосқыштарын пайдаланады. USB қуат интерфейсін де пайдалануға болады.

3 Жұқа пленкалы күн панельдерінің даму тарихы

Жұқа пленкалы күн панельдерінің тарихы 1970 жылдардан басталады, зерттеушілер күн энергиясын пайдалану үшін жартылай өткізгіштердің жұқа қабықшасын (a-Si) пайдалану бойынша алғашқы зерттеулерін бастаған кезде, сол кезде коммерциялық мақсаттағы жұқа пленка технологиясына қызығушылық пайда болды. және аэроғарыштық қолданбалар аморфты кремний жұқа қабықшалы күн құрылғыларының дамуына ықпал етеді.

1980 жылдары технологияның жетістіктері бар жұқа пленкалы материалдарды кадмий теллуриді (CdTe) және мыс индий галлий селениді (CIGS) сияқты жаңа материалдарға кеңейтуге ықпал етті, олардың конверсиялық тиімділігі жоғары және өндіріс шығындары төмен.

1990 және 2000 жылдар жаңа үшінші буындағы күн материалдарын – дәстүрлі қатты күйдегі материалдар үшін теориялық тиімділік шегін еңсеру мүмкіндігі бар материалдарды зерттеуде елеулі жетістіктердің уақыты болды. Бояғышқа сезімтал күн батареялары, кванттық нүктелі күн батареялары сияқты жаңа өнімдер жасалды.

2010 және 2020 жылдардың басында жұқа қабықшалы күн технологиясындағы инновациялар үшінші буын күн технологиясын жаңа қолданбаларға кеңейту және өндіріс шығындарын азайту әрекеттерін қамтыды. 2004 жылы Ұлттық жаңартылатын энергия көздері зертханасы (NREL) CIGS жұқа қабық модулі үшін 19,9% әлемдік рекордтық тиімділікке қол жеткізді. 2022 жылы икемді органикалық жұқа үлбірлі күн батареялары матаға біріктірілді.

Қазіргі уақытта өндіріске біріктірілген икемді органикалық жұқа пленкалы күн батареялары оларды дәстүрлі кремний панельдеріне қарағанда жақсы таңдау жасайды. Ал жұқа пленка технологиясы АҚШ-тың жалпы көлемінің шамамен 19% алады. сол жылы нарық үлесі, оның ішінде коммуналдық өндірістің 30%.

4. Күн панельдерінің түрлері

Жұқа пленкалы күн батареяларын өндіру үшін қолданылатын материалдардың бірнеше түрі бар, олардың шикізатына қарай оларды төрт түрге бөлуге болады. 

l Кадмий теллуриді (CdTe) жұқа үлбірлі панельдер – жартылай өткізгіш материал ретінде шыны немесе тот баспайтын болат сияқты субстрат материалында тұндырылған кадмий теллуридінің жұқа қабатын пайдаланатын күн панелінің бір түрі. Жеңіл және орнату оңай ғана емес, сонымен қатар олар аз жарық жағдайында жоғары энергия өндіруге ие, яғни олар бұлтты немесе бұлтты ауа-райында да электр энергиясын өндіре алады. CdTe жұқа қабықшалы күн панельдері Стандартты сынақ шарттарында (STC) 19% тиімділікке жетті, бірақ жалғыз күн батареялары 22,1% тиімділікке қол жеткізді. Дегенмен, кадмийдің уыттылығына қатысты кейбір алаңдаушылықтар бар, өйткені ол ауыр металл, ол дұрыс жойылмаса, қоршаған ортаға зиян тигізуі мүмкін.

l Мыс индий галий селениді (CIGS) жұқа үлбірлі панельдер шашырату процесі арқылы субстраттың үстіне молибден (Mo) электрод қабатын қою арқылы жасалады. Басқа PV технологияларымен салыстырғанда, олар жоғары тиімділікке ие және болашақта 33% теориялық тиімділікке қол жеткізе алады. Сонымен қатар, олар жарылып кетуге немесе сынуға бейім емес және оңай жұмыс істейді. Дегенмен, осы артықшылықтарға қарамастан, құны басқа технологияларға қарағанда салыстырмалы түрде қымбат, бұл олардың одан әрі дамуына кедергі келтіруі мүмкін.

l Аморфты кремний (a-Si) жұқа үлбірлі панельдер p-i-n немесе n-i-p конфигурациясымен бірге шыны табақшаларды немесе икемді негіздерді өңдеу арқылы жасалады. a-Si жұқа пленкалы панельдердің артықшылықтары олардың икемділігі мен жеңіл конструкциясын қамтиды, бұл оларды кемпинг немесе қашықтағы сенсорларды қуаттандыру сияқты портативті қолданбаларда пайдалануға өте ыңғайлы етеді. Дегенмен, бұл панельдерге арналған өткізгіш шыны қымбат және процесс баяу болғандықтан, оның бағасы салыстырмалы түрде қымбат, шамамен $0,69/Вт.

l Галлий арсениді (GaAs) жұқа үлбірлі панельдер өндірістік процестегі қарапайым жұқа үлбірлі күн батареяларына қарағанда күрделірек. Айта кету керек, олар 39,2% дейін жоғары тиімділікке қол жеткізеді және жылу мен ылғалға төзімді. Дегенмен, өндіру уақыты, материалдардың құны және жоғары өсетін материалдар оны өміршең емес таңдау етеді.

5. Жұқа пленкалы күн панельдерін қолдану

Кремний фотоэлектрлеріне баламалардың дамып келе жатқан класы ретінде жұқа қабықшалы күн панельдері негізінен келесі салаларда қолданылады.

l Ғимаратта біріктірілген фотоэлектрлік (BIPV)

Жұқа пленкалы PV панельдері кремний панельдеріне қарағанда 90% жеңілірек болуы мүмкін болғандықтан, бүкіл әлемде кеңінен танымал бола бастаған қолданбалардың бірі BIPV болып табылады, мұнда күн панельдері шатыр плиткаларына, терезелерге, әлсіз құрылымдарға және т.б. бекітіледі. Оған қоса,  жұқа пленка PV кейбір түрлерін жартылай мөлдір етіп жасауға болады, бұл күн энергиясын өндіруге мүмкіндік бере отырып, үйлер мен ғимараттардың эстетикасын сақтауға көмектеседі.

l Ғарыштық қолданбалар

Жеңіл, жоғары тиімділік, кең жұмыс диапазоны температурасының және тіпті радиацияға зақым келтіруге төзімділігінің артықшылықтарына байланысты жұқа қабықшалы күн панельдері, әсіресе CIGS және GaAs күн панельдері ғарыштық қолданбалар үшін өте қолайлы болды.

l Көліктер және теңіз қолданбалары

Жұқа пленкалы күн панельдерін қолданудың бір түрі - бұл эстетиканы сақтай отырып, электр қуатын беру үшін пайдалануға болатын көліктердің төбесінде (әсіресе RV немесе автобустар) және қайықтар мен басқа кемелердің палубаларында икемді PV модульдерін орнату.

l Портативті қолданбалар

Оның портативтілігі мен көлемі оған шағын өздігінен жұмыс істейтін электроника және заттар Интернеті (IoT) секторының тұрақты дамуын қамтамасыз етті, ол алдағы жылдары айтарлықтай өседі деп күтілуде. Және оның жетілдірілуімен ол жиналмалы күн панельдері, күн батареялары, күннен қуат алатын ноутбуктер және т.б. бар шалғай жерлерде қолданылуы мүмкін.

6. Жұқа пленкалы күн панельдерінің даму тенденциялары

Бүкіл әлемде күн энергиясын қабылдаудың артуымен, қатаң қуат шектеулерінің енгізілуімен және жасыл көздерді желіге біріктіру бойынша үкімет күш-жігерінің күшеюімен, жұқа пленкалы күн панельдері 2030 жылға қарай шамамен 27,11 миллиард долларды құрайтын болады деп күтілуде. 2022 жылға дейін 2030 Көбею оның артықшылықтары мен Р&D, олар өте үнемді және оңай жасалғандықтан, аз материалды пайдаланады және аз қалдықты шығарады. Ал Р&D күн батареясының төзімділігі мен өнімділігін арттыру нарықтың өсуі үшін жаңа мүмкіндіктер жасайды.

Дегенмен, мүмкіндіктер қиындықтармен бірге келеді. Бәсекелестіктің жоғары деңгейі, өзгермелі реттеуші орта, сондай-ақ тапшы қаржылар мен ресурстардың болуы қазіргі уақытта олардың әлемдік нарық үлесінен айтарлықтай бөлігін ала алмауы мүмкін екенін білдіреді.

7 Жұқа пленкалы күн панельдерінің инвестициялық талдауы

Жұқа қабықшалы күн батареяларының нарығы соңғы жылдары дамып келе жатқан сияқты, бұл бірнеше факторларға байланысты.

l Өнім түрін талдау

2018 жылы CdTe электр энергиясын кәдімгі қазбалы отын көздерінен айтарлықтай төмен немесе соған тең бағамен өндірді. Уытты емес, арзан жұмыс және өндіріс шығындарына байланысты қазіргі уақытта кадмий теллурид санаты жіңішке қабықшалы күн батареяларының дүниежүзілік нарығында басым болды және ол болжамды кезең ішінде ең жылдам қарқынмен өсуді жалғастырады деп күтілуде.

l Соңғы пайдаланушы талдауы

Орнату және техникалық қызмет көрсету шығындарын төмендетуге бағытталған даму мен зерттеулердің өсуі тұтынушылардың қажеттіліктерін арттыруы мүмкін. 2022 жылы коммуналдық қызмет нарығы жіңішке қабықшалы күн батареяларының дүниежүзілік нарығында үстемдік етті және ол болжамды кезеңде ең жылдам қарқынмен дами береді деп болжануда. . Жұқа пленкалы күн панельдері әлдеқайда баяу қарқынмен тозатындықтан, олар дәстүрлі c-Si күн панельдеріне әлеуетті балама ұсынады.

l Аймақтық талдау

Азия-Тынық мұхиты 2022 жылы жұқа қабықшалы күн батареялары үшін әлемдегі ең үлкен аймақ болды және ол көптеген факторларға байланысты ең жоғары қарқынмен кеңейеді деп күтілуде. Мысалы, дүние жүзіндегі ең ірі күн PV нарығы ретінде Қытай 2030 жылға қарай жаңартылатын энергия көздерін 20%-дан 35%-ға дейін көтереді. Қытайдағы күн сәулесімен жұмыс істейтін фотоэлектрлік қондырғылар негізінен жұқа пленка технологиясын пайдаланады. Сонымен қатар, Жапония алдағы уақытта тек тұрақты қуатты пайдалануға ниетті екенін мәлімдеді.

8 Жоғары сапалы жұқа пленкалы күн панельдері үшін қарастырылатын нәрселер

Күн батареяларын сатып алғанда, бағасы мен сапасын ғана емес, басқа факторларды да ескеру қажет.

l Тиімділік: Жоғары тиімділік күн энергиясының көп бөлігін электр энергиясына айналдыра алады. Әдетте заряд тасымалдаушылардың жоғары концентрациясы күн батареясының өткізгіштігін арттыру арқылы тиімділігін арттыруы мүмкін. Күн батареясына концентраторды қосу тиімділікті арттыруға көмектесіп қана қоймайды, сонымен қатар ұяшықты өндіруге қажетті кеңістікті, материалдарды және шығындарды азайтуы мүмкін.

l Төзімділік және қызмет ету мерзімі: Кейбір жұқа үлбірлі модульдерде әртүрлі жағдайларда деградация мәселелері бар. Барлық материалдардың ішінде температураға байланысты өнімділіктің төмендеуіне ең жақсы қарсылықты көрсететін CdTe. Басқа жұқа пленкалы материалдардан айырмашылығы, CdTe температура мен ылғал сияқты қоршаған орта жағдайларына айтарлықтай төзімді болады, бірақ икемді CdTe панельдері қолданылатын кернеулер немесе штаммдар кезінде өнімділіктің төмендеуіне ұшырауы мүмкін.

l Салмағы: Бұл жұқа қабықшалы күн панелінің тығыздығына қатысты. Жалпы алғанда, жұқа пленкалы күн панелі жеңіл салмақты, сондықтан сіз шатырыңызға өлі салмақ түсіруден қорықпауыңыз керек. Дегенмен, орнату кезінде шамадан тыс жүктелмеуі үшін салмақты таңдау кезінде әлі де ескеру қажет.

l Температура: Бұл жұқа пленка күн панелі жұмыс істей алатын ең төменгі және ең жоғары температураны білдіреді. Жалпы алғанда, барлық ең жақсы жұқа пленка күн панельдері ең төменгі температура -40 ° C және максималды температура 80 ° C болып саналады.