Kas ir plānās plēves saules paneļi

1. Kas ir plānās plēves saules paneļi?

Atšķirībā no pirmās paaudzes saules baterijām, kas izgatavotas no viena vai daudzkristāliskā silīcija, plānas plēves saules paneļi tiek ražoti, izmantojot vienu vai vairākus PV elementu slāņus uz virsmas, kas sastāv no dažāda stikla, plastmasas vai metāla, lai pārveidotu. saules gaisma pārvērš elektrību. Plānplēves saules tehnoloģijās visbiežāk izmanto kadmija telurīdu (CdTe), vara indija gallija selenīdu (CIGS), amorfu silīciju (a-Si) un gallija arsenīdu (GaAs).

2 Plānās plēves saules paneļu struktūra

Plānās plēves saules paneļi sastāv no liela skaita plānslāņa saules bateriju un izmanto gaismas enerģiju (fotonus) no Saules, lai ražotu elektroenerģiju, izmantojot fotoelektrisko efektu. Tas ietver arī slāņus, aizmugures loksni un sadales kārbu, un tie visi darbojas kopā, lai nodrošinātu normālu saules paneļu darbību.

Kas ir plānslāņa saules baterijas?

Plānās plēves saules baterijas ir elektroniskas ierīces, kas saules gaismu pārvērš elektriskajā enerģijā, izmantojot fotoelektrisko efektu. Plānās plēves šūnas mēdz izmantot daudz mazāk materiālu - šūnas aktīvā zona parasti ir tikai 1 līdz 10 mikrometrus bieza. Arī plānslāņa šūnas parasti var ražot lielas platības procesā, kas var būt automatizēts, nepārtraukts ražošanas process.

Turklāt plānslāņa saules paneļu darbībai tiek izmantots plāns caurspīdīga vadoša oksīda slānis, piemēram, alvas oksīds. Lai gan plānslāņa šūnas ir izgatavotas no daudziem sīkiem kristāliskiem pusvadītāju materiālu graudiem, lai labāk izveidotu elektrisko lauku ar saskarni, ko sauc par heterojunkciju. Parasti šāda veida plānslāņa ierīces var izgatavot kā vienu vienību, tas ir, monolīti, ar slāni uz slāņa, kas tiek uzklāts secīgi uz kāda substrāta, ieskaitot pretatstarošanas pārklājuma un caurspīdīga vadoša oksīda uzklāšanu.

Kas ir slāņi?

Parasti plānas plēves saules paneļa augšpusē ir ļoti plāns (mazāk nekā 0,1 mikronu) slānis, ko sauc par "loga" slāni, lai absorbētu gaismas enerģiju tikai no augstas enerģijas spektra gala. Tam jābūt pietiekami plānam un ar pietiekami platu joslas atstarpi (2,8 eV vai vairāk), lai visa pieejamā gaisma caur saskarni (heterojunction) nonāktu absorbējošajā slānī. Absorbējošais slānis zem loga, parasti leģēts p-veida, aprīkots ar augstu absorbcijas spēju (spēju absorbēt fotonus) lielai strāvai un piemērotu joslas atstarpi, lai nodrošinātu labu spriegumu.

Kas ir aizmugures lapa?

Kā polimērs vai polimēru kombinācija ar dažādām piedevām, aizmugures loksne ir paredzēta, lai nodrošinātu barjeru starp saules baterijām un ārējo vidi. No tā mēs varam redzēt, ka aizmugurējā loksne ir būtiska saules paneļa izturības, efektivitātes un ilgmūžības sastāvdaļa.

Kas ir sadales kārba?

Kā elektriskais korpuss, ko izmanto elektrisko savienojumu novietošanai un aizsardzībai, sadales kārba ir īpaši izstrādāta, lai nodrošinātu drošu vidi elektriskajiem savienojumiem, lai novērstu nejaušu saskari ar sprieguma vadiem un vienkāršotu turpmāko apkopi vai remontu. Parasti PV sadales kārba ir piestiprināta saules paneļa aizmugurē un darbojas kā tā izvades saskarne. Ārējie savienojumi lielākajai daļai fotoelektrisko moduļu izmanto MC4 savienotājus, lai atvieglotu vieglu, laikapstākļu drošu savienojumu ar pārējo sistēmu. Var izmantot arī USB barošanas interfeisu.

3 Plānās plēves saules paneļu attīstības vēsture

Plānās plēves saules paneļu vēsture aizsākās 1970. gados, kad pētnieki sāka pētīt pusvadītāju plānās plēves (a-Si) izmantošanu saules enerģijas izmantošanai, tajā laikā interese par plānās kārtiņas tehnoloģiju komerciālai lietošanai. un kosmosa lietojumi veicina amorfā silīcija plānās plēves saules ierīču izstrādi.

Astoņdesmitajos gados tehnoloģiju attīstība veicināja esošo plānslāņa materiālu izvēršanu jaunos, piemēram, kadmija telurīdā (CdTe) un vara indija gallija selenīda (CIGS), kam ir augstāka konversijas efektivitāte un zemākas ražošanas izmaksas.

1990. un 2000. gadi bija laiks, kad tika panākts ievērojams progress jaunu trešās paaudzes saules materiālu izpētē, kas varēja pārvarēt tradicionālo cietvielu materiālu teorētiskās efektivitātes robežas. Tika izstrādāti jauni produkti, piemēram, ar krāsu sensibilizētas saules baterijas, kvantu punktu saules baterijas.

2010. gados un 2020. gadu sākumā inovācijas plānās kārtiņas saules enerģijas tehnoloģijās ietvēra centienus paplašināt trešās paaudzes saules enerģijas tehnoloģiju, iekļaujot tajā jaunus lietojumus, un samazināt ražošanas izmaksas. 2004. gadā Nacionālā atjaunojamās enerģijas laboratorija (NREL) sasniedza pasaules rekordu CIGS plānās kārtiņas moduļa efektivitātes rekordu — 19,9%. 2022. gadā audumā tika integrētas elastīgas organiskās plānslāņas saules baterijas.

Mūsdienās elastīgās organiskās plānās plēves saules baterijas, kas integrētas izstrādājumos, padara tās par labāku izvēli nekā tradicionālie silīcija paneļi. Plānās plēves tehnoloģija aizņēma aptuveni 19% no kopējā ASV. tirgus daļa tajā pašā gadā, ieskaitot 30% no komunālo pakalpojumu apjoma ražošanas.

4. Saules paneļu veidi

Plānplēves saules bateriju ražošanai izmanto vairāku veidu materiālus, un pēc to izejvielām tos var iedalīt četros veidos. 

l Kadmija telurīda (CdTe) plānās plēves paneļi ir saules paneļu veids, kurā kā pusvadītāju materiāls tiek izmantots plāns kadmija telurīda slānis, kas uzklāts uz substrāta materiāla, piemēram, stikla vai nerūsējošā tērauda. Tie ir ne tikai viegli un viegli uzstādāmi, bet arī nodrošina augstu enerģijas ražošanu vāja apgaismojuma apstākļos, kas nozīmē, ka tie var ražot elektroenerģiju pat mākoņainā vai mākoņainā laikā. Tiek lēsts, ka CdTe plānās kārtiņas saules paneļi standarta testēšanas apstākļos (STC) sasniedza 19% efektivitāti, bet atsevišķas saules baterijas ir sasniegušas 22,1% efektivitāti. Tomēr pastāv zināmas bažas par kadmija toksicitāti, jo tas ir smagais metāls, kas var nodarīt kaitējumu videi, ja tas netiek pareizi iznīcināts.

l Vara indija gallija selenīda (CIGS) plānās plēves paneļus ražo, uzklājot molibdēna (Mo) elektrodu slāni virs pamatnes, izmantojot izsmidzināšanas procesu. Salīdzinot ar citām PV tehnoloģijām, tām ir augsta efektivitāte un nākotnē teorētiskā efektivitāte var sasniegt 33%. Turklāt tie ir mazāk pakļauti plaisāšanai vai lūšanai, un tie ir viegli darbināmi. Tomēr, neskatoties uz šīm priekšrocībām, izmaksas ir salīdzinoši dārgākas nekā citām tehnoloģijām, kas var kavēt to tālāku attīstību.

l Amorfā silīcija (a-Si) plānās plēves paneļi tiek ražoti, apstrādājot stikla plāksnes vai elastīgus substrātus, kā arī p-i-n vai n-i-p konfigurāciju. A-Si plānslāņa paneļu priekšrocības ietver to elastību un vieglo konstrukciju, kas padara tos ideāli piemērotus lietošanai pārnēsājamās lietojumprogrammās, piemēram, kempingos vai tālvadības sensoru barošanai. Tomēr, tā kā šo paneļu vadošais stikls ir dārgs un process ir lēns, tā cena ir salīdzinoši dārga — gandrīz USD 0,69/W.

l Gallija arsenīda (GaAs) plānās plēves paneļi ir sarežģītāki nekā parastajām plānās plēves saules baterijām ražošanas procesā. Ir vērts pieminēt, ka tie sasniedz augstu efektivitāti līdz 39,2% un ir izturīgāki pret karstumu un mitrumu. Tomēr ražošanas laiks, materiālu izmaksas un augsti augoši materiāli padara to par mazāk dzīvotspējīgu izvēli.

5. Plānās plēves saules paneļu pielietojumi

Kā jauna silīcija fotoelementu alternatīvu klase plānslāņa saules paneļi galvenokārt tiek izmantoti tālāk norādītajās jomās.

l ēkā integrēta fotoelementa (BIPV)

Tā kā plānās plēves PV paneļi var būt līdz pat 90% vieglāki nekā silīcija paneļi, viens pielietojums, kas sāk kļūt plaši populārs visā pasaulē, ir BIPV, kur saules paneļi tiek piestiprināti pie jumta dakstiņiem, loga, vājām konstrukcijām un tā tālāk. Turklāt  dažus plānās plēves PV veidus var padarīt daļēji caurspīdīgus, kas palīdz saglabāt māju un ēku estētiku, vienlaikus ļaujot ražot saules enerģiju.

l Kosmosa lietojumprogrammas

Pateicoties vieglā svara, ļoti efektīvas, plašas darbības temperatūras diapazona un pat izturības pret radiāciju bojājumiem priekšrocībām, plānslāņa saules paneļi, īpaši CIGS un GaAs saules paneļi, ir bijuši ideāli piemēroti lietošanai kosmosā.

l Transportlīdzekļi un jūras lietojumprogrammas

Viens izplatīts plānslāņa saules paneļu pielietojums ir elastīgu PV moduļu uzstādīšana uz transportlīdzekļu jumtiem (īpaši RV vai autobusiem) un laivu un citu kuģu klājiem, kurus var izmantot elektrības padevei, vienlaikus saglabājot estētiku.

l Pārnēsājamas lietojumprogrammas

Tā pārnesamība un lielums ir nodrošinājuši tai ilgtspējīgu attīstību mazās pašnodarbinātās elektronikas un lietiskā interneta (IoT) nozarē, kas turpmākajos gados ievērojami pieaugs. Un līdz ar tās attīstību to var tālāk izmantot attālās vietās ar salokāmiem saules paneļiem, saules enerģijas bankām, ar saules enerģiju darbināmiem klēpjdatoriem un tā tālāk.

6. Plānās plēves saules paneļu attīstības tendences

Pieaugot saules enerģijas izmantošanai visā pasaulē, stingru enerģijas ierobežojumu ieviešanai un pieaugošajiem valdības centieniem integrēt tīklā zaļos avotus, paredzams, ka plānās plēves saules paneļi līdz 2030. gadam sasniegs aptuveni USD 27,11 miljardus ar ievērojamu CAGR — 8,29% no 2022 līdz 2030 Pieaugumu veicina tā priekšrocības un R&D, jo tie ir ārkārtīgi ekonomiski un viegli izveidojami, izmanto mazāk materiālu un rada mazāk atkritumu. Un R&D, lai uzlabotu saules bateriju izturību un veiktspēju, arī radīs jaunas iespējas tirgus izaugsmei.

Tomēr iespējas nāk kopā ar izaicinājumu. Augstais konkurences līmenis, mainīgā normatīvā vide, kā arī ierobežoto finanšu un resursu pieejamība nozīmē, ka pašlaik tie var nespēt ieņemt ievērojamu daļu no pasaules tirgus daļas.

7 Plānas plēves saules paneļu investīciju analīze

Šķiet, ka pēdējos gados ir attīstījies plānslāņa saules bateriju tirgus, ko nosaka vairāki faktori.

l Produkta veida analīze

2018. gadā CdTe saražoja elektroenerģiju par cenu, kas bija ievērojami zemāka vai līdzvērtīga tradicionālajiem fosilā kurināmā enerģijas avotiem. Tā kā tās nav toksiskas, lētas ekspluatācijas un ražošanas izmaksas, kadmija telurīda kategorija pašlaik dominē pasaules plānās kārtiņas saules bateriju tirgū, un ir sagaidāms, ka tā turpinās augt visstraujāk visā prognozēšanas periodā.

l Galalietotāja analīze

Augošā izstrāde un pētniecība, lai samazinātu uzstādīšanas un uzturēšanas izmaksas, var palielināt patērētāju vajadzības. 2022. gadā pasaules plānās plēves saules bateriju tirgū dominēja komunālo pakalpojumu tirgus, un tiek prognozēts, ka tas turpinās attīstīties visstraujāk visā prognozētajā periodā. . Tā kā plānās kārtiņas saules paneļi noārdās daudz lēnāk, tie piedāvā potenciālu alternatīvu tradicionālajiem c-Si saules paneļiem.

l Reģionālā analīze

Āzijas un Klusā okeāna reģions 2022. gadā bija plānāko kārtiņu saules baterijām lielākais reģions pasaulē, un ir sagaidāms, ka tas turpinās attīstīties vislielākajā tempā, ko nosaka daudzi faktori. Piemēram, Ķīna kā lielākie saules FE tirgi visā pasaulē līdz 2030. gadam paaugstinās atjaunojamās enerģijas mērķi no 20% līdz 35%. Un komunālo pakalpojumu mēroga saules fotoelementu iekārtas Ķīnā galvenokārt izmanto plānās plēves tehnoloģiju. Turklāt Japāna ir arī paziņojusi par savu nodomu turpmāk izmantot tikai ilgtspējīgu enerģiju.

8 Kas jāņem vērā, iegādājoties augstas kvalitātes plānslāņa saules paneļus

Pērkot saules paneļus, jāņem vērā ne tikai cena un kvalitāte, jāpatur prātā arī citi faktori.

l Efektivitāte: Augsta efektivitāte var pārvērst vairāk saules enerģijas elektroenerģijā. Parasti lielāka lādiņnesēju koncentrācija var palielināt saules baterijas efektivitāti, palielinot vadītspēju. Koncentratora pievienošana saules baterijai ne tikai palīdz palielināt efektivitāti, bet arī var samazināt vietu, materiālus un izmaksas, kas nepieciešamas šūnas ražošanai.

l Izturība un kalpošanas laiks: Dažiem plānslāņa moduļiem ir arī problēmas ar degradāciju dažādos apstākļos. No visiem materiāliem CdTe ir vislabākā izturība pret veiktspējas pasliktināšanos temperatūras ietekmē. Un atšķirībā no citiem plānslāņa materiāliem, CdTe mēdz būt diezgan izturīgs pret vides apstākļiem, piemēram, temperatūru un mitrumu, taču elastīgo CdTe paneļu veiktspēja var pasliktināties pielietotā sprieguma vai deformācijas ietekmē.

l Svars: Tas attiecas uz plānslāņa saules paneļa blīvumu. Parasti plānās kārtiņas saules baterijas ir viegli nosvērtas, tāpēc jums nevajadzētu baidīties no jumta noslodzes. Tomēr, izvēloties tos, joprojām ir jāņem vērā svars, lai nodrošinātu, ka uzstādīšanas laikā tas netiks pārslogots.

l Temperatūra: Tas nozīmē minimālo un maksimālo temperatūru, kādā var darboties Thin Film saules panelis. Kopumā tiek uzskatīts, ka visiem labākajiem plānslāņa saules paneļiem minimālā temperatūra ir -40°C un maksimālā temperatūra 80°C.