Нимгэн хальстай нарны хавтан гэж юу вэ

1. Нимгэн хальсан нарны хавтан гэж юу вэ?

Нэг буюу олон талст цахиураар хийгдсэн анхны үеийн нарны зайнаас ялгаатай нь нимгэн хальсан нарны хавтанг хувиргахын тулд төрөл бүрийн шил, хуванцар эсвэл металлаас бүрдсэн гадаргуу дээр нэг буюу олон давхар PV элементийг ашиглан үйлдвэрлэдэг. нарны гэрлийг цахилгаан руу оруулна. Нимгэн хальстай нарны технологид хамгийн өргөн хэрэглэгддэг нь кадми теллурид (CdTe), зэс индий галлийн селенид (CIGS), аморф цахиур (a-Si), галлийн арсенид (GaAs) юм.

2 Нимгэн хальсан нарны хавтангийн бүтэц

Нимгэн хальстай нарны хавтан нь олон тооны нимгэн хальсан нарны зайнаас бүрдэх ба нарны гэрлийн энергийг (фотон) ашиглан фотоволтайк эффектээр цахилгаан үүсгэдэг. Энэ нь давхаргууд, арын хуудас, уулзвар хайрцаг зэргийг багтаасан бөгөөд бүгд нарны хавтангийн хэвийн ажиллагааг хангахын тулд хамтдаа ажилладаг.

Нимгэн хальстай нарны эсүүд гэж юу вэ?

Нимгэн хальстай нарны зайнууд нь нарны гэрлийг фотоволтайк нөлөөгөөр цахилгаан энерги болгон хувиргадаг электрон төхөөрөмж юм. Нимгэн хальсан эсүүд нь хамаагүй бага материал ашиглах хандлагатай байдаг - эсийн идэвхтэй хэсэг нь ихэвчлэн ердөө 1-10 микрометр зузаантай байдаг. Мөн нимгэн хальсан эсийг ихэвчлэн автоматжуулсан, тасралтгүй үйлдвэрлэлийн процесс байж болох том талбайд үйлдвэрлэж болно.

Нэмж дурдахад, нимгэн хальсан нарны хавтан нь ажиллахын тулд цагаан тугалганы исэл гэх мэт тунгалаг дамжуулагч ислийн нимгэн давхаргыг ашигладаг. Нимгэн хальстай эсүүд нь хагас дамжуулагч материалын олон жижиг талст ширхэгээр хийгдсэн байдаг бол гетеро холболт гэж нэрлэгддэг интерфэйс бүхий цахилгаан талбарыг илүү сайн бий болгодог. Ерөнхийдөө энэ төрлийн нимгэн хальсан төхөөрөмжүүдийг нэг хэсэг болгон, өөрөөр хэлбэл цул хэлбэрээр хийж болно - давхарга бүрийг зарим субстрат дээр дараалан байрлуулж, тусгалын эсрэг бүрхүүл, тунгалаг дамжуулагч исэл зэргийг багтаасан болно.

Давхаргууд гэж юу вэ?

Нимгэн хальстай нарны хавтан нь ихэвчлэн спектрийн өндөр энергитэй төгсгөлөөс гэрлийн энергийг шингээхийн тулд "цонх" давхарга гэж нэрлэгддэг маш нимгэн (0.1 микроноос бага) давхаргатай байдаг. Энэ нь хангалттай нимгэн байх ёстой бөгөөд хангалттай өргөн зурвасын зайтай (2.8 эВ ба түүнээс дээш) байх ёстой. Цонхны доорх шингээгч давхарга нь ихэвчлэн допингтой p-төрөл, өндөр гүйдлийн хувьд өндөр шингээх чадвар (фотон шингээх чадвар) болон сайн хүчдэлийг хангах тохиромжтой зурвасын завсараар тоноглогдсон.

Backsheet гэж юу вэ?

Полимер эсвэл янз бүрийн нэмэлтүүдтэй полимерүүдийн хослолын хувьд арын хуудас нь нарны эсүүд болон гаднах орчны хооронд саад тотгорыг хангах зорилготой юм. Үүнээс үзэхэд арын хуудас нь нарны хавтангийн бат бөх, үр ашигтай, урт наслалтын чухал бүрэлдэхүүн хэсэг юм.

Холболтын хайрцаг гэж юу вэ?

Цахилгааны холболтыг байрлуулах, хамгаалахад ашигладаг цахилгааны хайрцагны хувьд уулзвар хайрцаг нь цахилгааны холболтод аюулгүй, найдвартай орчинг бүрдүүлэх зорилгоор тусгайлан бүтээгдсэн бөгөөд ингэснээр хүчдэлтэй утастай санамсаргүй хүрэлцэхээс сэргийлж, ирээдүйн засвар үйлчилгээ, засварыг хялбарчлах болно. Ихэвчлэн PV уулзвар хайрцаг нь нарны хавтангийн арын хэсэгт бэхлэгддэг бөгөөд түүний гаралтын интерфэйсийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Ихэнх фотоволтайк модулиудын гадаад холболтууд нь системийн бусад хэсгүүдтэй цаг агаарт тэсвэртэй холболтыг хялбарчлахын тулд MC4 холбогчийг ашигладаг. USB тэжээлийн интерфейсийг бас ашиглаж болно.

3 Нимгэн хальсан нарны хавтангийн хөгжлийн түүх

Нимгэн хальстай нарны хавтангийн түүх нь 1970-аад оноос эхэлсэн бөгөөд судлаачид нарны энергийг ашиглахын тулд хагас дамжуулагчийн нимгэн хальс (a-Si) ашиглах талаар нударганы судалгаа хийж эхэлсэн бөгөөд тэр үед арилжааны зориулалтаар нимгэн хальсан технологийг сонирхож байжээ. болон сансар огторгуйн хэрэглээ нь аморф цахиур нимгэн хальсан нарны төхөөрөмжийг хөгжүүлэхэд хувь нэмэр оруулдаг.

1980-аад онд технологийн дэвшил нь одоо байгаа нимгэн хальсан материалыг кадми теллурид (CdTe) болон зэс индий галлийн селенид (CIGS) зэрэг шинэ материал болгон өргөжүүлэхэд түлхэц өгсөн бөгөөд энэ нь хувиргах үр ашиг өндөр, үйлдвэрлэлийн өртөг багатай байдаг.

1990, 2000-аад он бол уламжлалт хатуу биет материалын онолын үр ашгийн хязгаарыг даван туулах чадвартай гурав дахь үеийн шинэ нарны материалыг судлахад ихээхэн ахиц дэвшил гарсан үе байсан. Будаг мэдрэмтгий нарны зай, квант цэгийн нарны эс зэрэг шинэ бүтээгдэхүүнүүд гарч ирэв.

2010 болон 2020-иод оны эхээр нарны нарны нарны нарны нарны технологийн шинэчлэлд гурав дахь үеийн нарны технологийг шинэ хэрэглээ болгон өргөжүүлэх, үйлдвэрлэлийн зардлыг бууруулах хүчин чармайлт багтсан. 2004 онд Сэргээгдэх эрчим хүчний үндэсний лаборатори (NREL) нь CIGS нимгэн хальсан модулийн үр ашгийг 19.9%-д хүргэж, дэлхийн дээд амжилтыг тогтоожээ. 2022 онд уян хатан органик нимгэн хальсан нарны зайг даавуунд нэгтгэсэн.

Өнөө үед үйлдвэрт нэгтгэсэн уян хатан органик нимгэн хальсан нарны зайнууд нь уламжлалт цахиур хавтангаас илүү сайн сонголт болж байна. Мөн нимгэн хальсан технологи нь нийт АНУ-ын 19 орчим хувийг эзэлдэг. тухайн жилийн зах зээлд эзлэх хувь, үүнд хэрэглээний хэмжээний үйлдвэрлэлийн 30%.

4. Нарны хавтангийн төрлүүд

Нимгэн хальсан нарны зайг үйлдвэрлэхэд хэд хэдэн төрлийн материал байдаг бөгөөд тэдгээрийн түүхий эдэд үндэслэн тэдгээрийг дөрвөн төрөлд хувааж болно. 

l Кадми теллурид (CdTe) нимгэн хальсан хавтан нь хагас дамжуулагч материал болгон шилэн эсвэл зэвэрдэггүй ган зэрэг субстрат материал дээр хуримтлагдсан кадми теллуридын нимгэн давхаргыг ашигладаг нарны хавтангийн нэг төрөл юм. Тэд зөвхөн хөнгөн жинтэй, суулгахад хялбар төдийгүй бага гэрэлтэй нөхцөлд эрчим хүчний өндөр үйлдвэрлэлтэй тул үүлэрхэг, бүрхэг цаг агаарт ч цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжтой гэсэн үг юм. Стандарт туршилтын нөхцөлд (STC) CdTe нимгэн хальсан нарны хавтангууд 19% -ийн үр ашигт хүрсэн гэж тооцоолсон боловч нэг нарны зай 22.1% -ийн үр ашигт хүрсэн байна. Гэсэн хэдий ч кадми нь хүнд металл учраас зохих ёсоор хаяхгүй бол байгальд хор хөнөөл учруулдаг тул хоруу чанарын талаар зарим нэг санаа зовдог.

l Зэсийн индиум галлийн селенид (CIGS) нимгэн хальсан хавтангуудыг шүрших процессоор субстрат дээр молибден (Мо) электродын давхаргыг байрлуулж үйлдвэрлэдэг. Бусад PV технологитой харьцуулахад тэдгээр нь өндөр үр ашигтай бөгөөд онолын хувьд ирээдүйд 33% -ийн үр ашигтай ажиллах боломжтой. Нэмж дурдахад тэдгээр нь хагарах, хагарах магадлал багатай, амархан ажилладаг. Гэсэн хэдий ч эдгээр давуу талуудаас үл хамааран өртөг нь бусад технологитой харьцуулахад харьцангуй өндөр өртөгтэй тул цаашдын хөгжилд саад учруулж болзошгүй юм.

l Аморф цахиур (a-Si) нимгэн хальсан хавтангуудыг p-i-n эсвэл n-i-p тохиргооны хамт шилэн хавтан эсвэл уян хатан субстратыг боловсруулах замаар үйлдвэрлэдэг. a-Si нимгэн хальсан хавтангийн давуу тал нь уян хатан байдал, хөнгөн хийцтэй тул тэдгээрийг кемп хийх эсвэл алсын мэдрэгчийг тэжээх гэх мэт зөөврийн хэрэглээнд ашиглахад тохиромжтой. Гэсэн хэдий ч, эдгээр хавтангийн дамжуулагч шил нь үнэтэй бөгөөд процесс нь удаан байдаг тул үнэ нь бараг $ 0.69/W харьцангуй үнэтэй байдаг.

l Gallium Arsenide (GaAs) Нимгэн хальсан хавтан нь үйлдвэрлэлийн процессын ердийн нимгэн хальсан нарны зайнаас илүү төвөгтэй байдаг. Эдгээр нь 39.2% хүртэл өндөр үр ашигтай, дулаан, чийгэнд илүү тэсвэртэй гэдгийг дурдах нь зүйтэй. Гэсэн хэдий ч үйлдвэрлэлийн хугацаа, материалын өртөг, өндөр өсөлттэй материал зэрэг нь үүнийг боломжийн сонголт болгодог.

5. Нимгэн хальстай нарны хавтангийн хэрэглээ

Цахиурын фотоволтайкийн шинэ ангиллын хувьд нимгэн хальсан нарны хавтанг дараах салбарт голчлон ашигладаг.

l Барилгатай нэгдсэн фотоволтайк (BIPV)

Нимгэн хальсан PV хавтан нь цахиур хавтангаас 90%-иар хөнгөн байдаг тул дэлхий даяар өргөн дэлгэрч эхэлж байгаа нэг хэрэглээ бол BIPV бөгөөд нарны хавтанг дээврийн хавтан, цонх, сул байгууламж зэрэгт бэхэлдэг. Нэмж хэлэхэд,  Зарим төрлийн нимгэн хальсан PV-ийг хагас тунгалаг болгох боломжтой бөгөөд энэ нь нарны эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжийг олгохын зэрэгцээ байшин, барилга байгууламжийн гоо зүйг хадгалахад тусалдаг.

l Сансрын хэрэглээ

Хөнгөн жинтэй, өндөр хэмнэлттэй, ажиллах температурын өргөн хүрээний давуу талтай, тэр ч байтугай цацраг туяанаас хамгаалах эвдрэлийг тэсвэрлэх чадвартай тул нимгэн хальсан нарны хавтан, ялангуяа CIGS болон GaAs нарны хавтан нь сансрын хэрэглээнд хамгийн тохиромжтой байдаг.

l Тээврийн хэрэгсэл ба далайн хэрэглээ

Нимгэн хальстай нарны хавтангийн нийтлэг хэрэглээ бол автомашины дээвэр (ялангуяа RV эсвэл автобус) болон завь болон бусад хөлөг онгоцны тавцан дээр уян PV модулиудыг суурилуулах явдал бөгөөд цахилгаан эрчим хүчийг нэгэн зэрэг гоо зүйн үзэмжтэй байлгахад ашиглаж болно.

l Зөөврийн програмууд

Түүний зөөврийн болон хэмжээ нь түүнийг жижиг өөрөө ажилладаг электроникийн болон зүйлсийн интернет (IoT) салбарт тогтвортой хөгжлийг хангасан бөгөөд ойрын жилүүдэд мэдэгдэхүйц өсөх төлөвтэй байна. Мөн дэвшилттэй болсноор эвхэгддэг нарны хавтан, нарны эрчим хүчний банк, нарны эрчим хүчээр ажилладаг зөөврийн компьютер гэх мэт алслагдсан газруудад ашиглах боломжтой.

6. Нимгэн хальсан нарны хавтангийн хөгжлийн чиг хандлага

Дэлхий даяар нарны энергийг хүлээн зөвшөөрөх байдал нэмэгдэж, эрчим хүчний хатуу хязгаарлалтыг хэрэгжүүлж, ногоон эх үүсвэрийг сүлжээнд нэгтгэх засгийн газрын хүчин чармайлт нэмэгдэж байгаатай холбоотойгоор нимгэн хальсан нарны хавтангууд 2030 он гэхэд 8.29%-ийн гайхалтай CAGR буюу 27.11 тэрбум ам.долларт хүрэх төлөвтэй байна. 2022 он хүртэл 2030 Өсөлт нь түүний давуу талууд болон Р&D, тэдгээр нь маш хэмнэлттэй, амархан бүтээгддэг тул бага материал ашиглаж, бага хог хаягдал гаргадаг. Мөн Р&D нарны эсийн тэсвэр, гүйцэтгэлийг сайжруулах нь зах зээлийн өсөлтөд шинэ боломжийг бий болгоно.

Гэсэн хэдий ч боломжууд сорилттой хамт ирдэг. Өрсөлдөөний өндөр түвшин, өөрчлөгдөж буй зохицуулалтын орчин, түүнчлэн хомс санхүү, нөөцийн олдоц нь одоогийн байдлаар дэлхийн зах зээлийн томоохон хэсгийг авч чадахгүй байж магадгүй гэсэн үг юм.

7 Нимгэн хальсан нарны хавтангийн хөрөнгө оруулалтын дүн шинжилгээ

Нимгэн хальстай нарны зайн зах зээл сүүлийн жилүүдэд хөгжиж байгаа нь хэд хэдэн хүчин зүйлээс шалтгаалж байна.

l Бүтээгдэхүүний төрлийн шинжилгээ

2018 онд CdTe нь ердийн чулуужсан түлшний эрчим хүчний эх үүсвэрээс хамаагүй доогуур буюу ижил үнээр цахилгаан үйлдвэрлэсэн. Хоргүй, хямд үйл ажиллагаа, үйлдвэрлэлийн зардлаас шалтгаалан одоогийн байдлаар кадми теллуридын ангилал дэлхийн нимгэн хальсан нарны зайн зах зээлд ноёрхож байгаа бөгөөд энэ нь таамагласан хугацаанд хамгийн хурдан өсөх болно гэж таамаглаж байна.

l Эцсийн хэрэглэгчийн шинжилгээ

Суурилуулалт, засвар үйлчилгээний зардлыг бууруулахын тулд өсөн нэмэгдэж буй бүтээн байгуулалт, судалгаа нь хэрэглэгчийн хэрэгцээг нэмэгдүүлж магадгүй юм. 2022 онд нийтийн хэрэглээний зах зээл дэлхийн нимгэн хальсан нарны зайн зах зээлд ноёрхож байсан бөгөөд энэ нь урьдчилсан хугацаанд хамгийн хурдан хөгжинө гэж таамаглаж байна. . Нимгэн хальстай нарны хавтангууд нь илүү удаанаар мууддаг тул уламжлалт c-Si нарны хавтангуудыг өөр хувилбараар санал болгодог.

l Бүс нутгийн шинжилгээ

Ази-Номхон далайн бүс нутаг нь 2022 онд нимгэн хальсан нарны зайны дэлхийн хамгийн том бүс нутаг байсан бөгөөд цаашид ч хамгийн өндөр хурдаар тэлэх төлөвтэй байгаа нь олон хүчин зүйлээс шалтгаалж байна. Жишээлбэл, дэлхийн хамгийн том нарны PV зах зээл болох Хятад улс 2030 он гэхэд сэргээгдэх эрчим хүчний зорилтоо 20% -иас 35% болгон нэмэгдүүлэх болно. Хятад дахь нарны фотоволтайк байгууламжууд нь ихэвчлэн нимгэн хальсан технологийг ашигладаг. Түүгээр ч зогсохгүй Япон улс цаашдаа зөвхөн тогтвортой эрчим хүчийг ашиглах хүсэлтэй байгаагаа мэдэгдэв.

8 Өндөр чанартай нимгэн хальсан нарны хавтангийн хувьд анхаарах зүйлс

Нарны хавтан худалдаж авахдаа зөвхөн үнэ, чанарыг анхаарч үзэхээс гадна бусад хүчин зүйлсийг анхаарч үзэх хэрэгтэй.

l Үр ашиг: Өндөр үр ашиг нь нарны энергийн ихэнхийг цахилгаан болгон хувиргах боломжтой. Ерөнхийдөө цэнэгийн тээвэрлэгчдийн өндөр концентрацитай байх нь цахилгаан дамжуулах чадварыг нэмэгдүүлэх замаар нарны зайны үр ашгийг нэмэгдүүлдэг. Баяжуулах үйлдвэрийг нарны зайд нэмсэнээр үр ашгийг нэмэгдүүлэхээс гадна уг зайг үйлдвэрлэхэд шаардагдах зай, материал, зардлыг бууруулж чадна.

l Бат бөх, ашиглалтын хугацаа: Зарим нимгэн хальсан модулиуд нь янз бүрийн нөхцөлд муудах асуудалтай байдаг. Бүх материалуудын дотроос CdTe нь температурын нөлөөгөөр гүйцэтгэлийн доройтолд хамгийн сайн тэсвэртэй байдаг. Бусад нимгэн хальсан материалаас ялгаатай нь CdTe нь температур, чийг гэх мэт хүрээлэн буй орчны нөхцөлд нэлээд тэсвэртэй байдаг ч уян хатан CdTe хавтан нь ачаалал эсвэл ачаалалд ажиллах чадвараа бууруулж болно.

л Жин: Энэ нь нимгэн хальсан нарны хавтангийн нягтыг хэлнэ. Ерөнхийдөө нимгэн хальсан нарны хавтан нь хөнгөн жинтэй тул дээвэр дээрээ үхсэн жин түрхэхээс айх хэрэггүй. Гэсэн хэдий ч суулгахад хэт ачаалал өгөхгүйн тулд жинг сонгохдоо жинг анхаарч үзэх хэрэгтэй.

л Температур: Энэ нь нимгэн хальсан нарны хавтан ажиллах боломжтой хамгийн бага ба хамгийн их температур гэсэн үг юм. Ерөнхийдөө бүх шилдэг нимгэн хальсан нарны хавтангууд нь хамгийн багадаа -40 ° C, хамгийн ихдээ 80 ° C температуртай байдаг.