Kaj so tankoplastni sončni paneli

1. Kaj so tankoplastni sončni paneli?

Za razliko od sončnih celic prve generacije, ki so izdelane iz eno- ali večkristalnega silicija, so tankoplastni sončni paneli izdelani z uporabo ene ali več plasti fotonapetostnih elementov na površini, ki jo sestavljajo različne vrste stekla, plastike ali kovine za pretvorbo. sončna svetloba v elektriko. In najpogosteje uporabljeni za tankoplastno solarno tehnologijo so kadmijev telurid (CdTe), bakrov indij galijev selenid (CIGS), amorfni silicij (a-Si) in galijev arzenid (GaAs).

2 Struktura tankoplastnih solarnih panelov

Tankoplastni sončni paneli so sestavljeni iz velikega števila tankoslojnih sončnih celic in uporabljajo svetlobno energijo (fotone) iz sonca za ustvarjanje električne energije s fotovoltaičnim učinkom Vključuje tudi plasti, hrbtno ploščo in spojno omarico, ki delujejo skupaj in zagotavljajo normalno delovanje sončnih kolektorjev.

Kaj so tankoplastne sončne celice?

Tankoplastne sončne celice so elektronske naprave, ki pretvarjajo sončno svetlobo v električno energijo s fotovoltaičnim učinkom. Tankoplastne celice uporabljajo veliko manj materiala – aktivno območje celice je običajno debelo le 1 do 10 mikrometrov. Tudi tankoslojne celice je običajno mogoče izdelati v procesu velike površine, ki je lahko avtomatiziran, kontinuiran proizvodni proces.

Še več, tankoslojni sončni paneli za delovanje uporabljajo tanko plast prozornega prevodnega oksida, kot je kositrov oksid. Medtem ko so celice s tankim filmom narejene iz številnih drobnih kristalnih zrn polprevodniških materialov za boljše ustvarjanje električnega polja z vmesnikom, imenovanim heterojunkcija. To vrsto tankoplastnih naprav Generalloy je mogoče izdelati kot eno samo enoto - to je monolitno - s plastjo za plastjo, ki se zaporedno nanese na neko podlago, vključno z nanosom antirefleksne prevleke in prozornega prevodnega oksida.

Kaj so plasti?

Običajno ima tankoplastna sončna plošča zelo tanko (manj kot 0,1 mikrona) plast na vrhu, imenovano "okenska" plast, ki absorbira svetlobno energijo samo iz visokoenergetskega dela spektra. Biti mora dovolj tanek in imeti dovolj široko pasovno vrzel (2,8 eV ali več), da prepusti vso razpoložljivo svetlobo skozi vmesnik (heterojspoj) do absorpcijske plasti. Absorpcijska plast pod oknom, običajno dopirana p-tipa, opremljena z visoko absorpcijsko sposobnostjo (zmožnostjo absorbiranja fotonov) za visok tok in primerno vrzel med pasom za zagotavljanje dobre napetosti.

Kaj je backsheet?

Kot polimer ali kombinacija polimerov z različnimi dodatki je backsheet zasnovan tako, da zagotavlja pregrado med sončnimi celicami in zunanjim okoljem. Iz tega lahko vidimo, da je hrbtna plošča kritična komponenta vzdržljivosti, učinkovitosti in dolgoživosti solarnega panela.

Kaj je razvodna omarica?

Kot električno ohišje, ki se uporablja za namestitev in zaščito električnih povezav, je razdelilna omarica posebej zasnovana za zagotavljanje varnega in varnega okolja za električne povezave, da se prepreči nenameren stik z žicami pod napetostjo in poenostavi prihodnje vzdrževanje ali popravila. Običajno je PV spojna omarica pritrjena na zadnjo stran solarne plošče in deluje kot njen izhodni vmesnik. Zunanje povezave za večino fotonapetostnih modulov uporabljajo konektorje MC4, ki omogočajo enostavno vremensko odporno povezavo s preostalim sistemom. Uporabite lahko tudi napajalni vmesnik USB.

3 Zgodovina razvoja tankoplastnih solarnih panelov

Zgodovina tankoslojnih sončnih kolektorjev sega v sedemdeseta leta 20. stoletja, ko so raziskovalci začeli svoje prve raziskave o uporabi tankih filmov (a-Si) polprevodnikov za izkoriščanje sončne energije, v tistem času pa je zanimanje za tankoslojno tehnologijo za komercialno uporabo in vesoljske aplikacije spodbujajo razvoj tankoslojnih solarnih naprav iz amorfnega silicija.

V osemdesetih letih prejšnjega stoletja je napredek v tehnologiji olajšal razširitev obstoječih tankoslojnih materialov v nove, kot sta kadmijev telurid (CdTe) in bakrov indij-galijev selenid (CIGS), ki ima višjo učinkovitost pretvorbe in nižje proizvodne stroške.

1990-a in 2000-a so bila čas pomembnega napredka pri raziskovanju novih sončnih materialov tretje generacije – materialov s potencialom za preseganje teoretičnih omejitev učinkovitosti tradicionalnih trdnih materialov. Razviti so bili številni novi izdelki, kot so sončne celice, občutljive na barvilo, sončne celice s kvantnimi pikami.

V letih 2010 in zgodnjih 2020 so inovacije v solarni tehnologiji tankega filma vključevale prizadevanja za razširitev tretje generacije solarne tehnologije na nove aplikacije in znižanje proizvodnih stroškov. Leta 2004 je Nacionalni laboratorij za obnovljivo energijo (NREL) dosegel svetovni rekord učinkovitosti 19,9 % za tankoplastni modul CIGS. Leta 2022 so bile fleksibilne organske tankoplastne sončne celice integrirane v tkanino.

Dandanes so fleksibilne organske tankoplastne sončne celice, ki so integrirane v izdelke, boljša izbira kot tradicionalne silikonske plošče. In tankoplastna tehnologija je zajela približno 19 % celotnega deleža v ZDA. tržni delež v istem letu, vključno s 30 % proizvodnje v uporabnem obsegu.

4. Vrste sončnih kolektorjev

Obstaja več vrst materialov, ki se uporabljajo za izdelavo tankoslojnih sončnih celic, glede na njihove surovine pa jih lahko razdelimo na štiri vrste 

l Paneli s tankim filmom iz kadmijevega telurida (CdTe) so vrsta sončne plošče, ki kot polprevodniški material uporablja tanko plast kadmijevega telurida, nanesenega na podlago, kot je steklo ali nerjavno jeklo. Ne le, da so lahki in enostavni za namestitev, imajo tudi visoko proizvodnjo energije v slabih svetlobnih pogojih, kar pomeni, da lahko proizvajajo elektriko tudi v oblačnem ali oblačnem vremenu. Ocenjuje se, da so solarni paneli s tankim filmom CdTe dosegli 19-odstotno učinkovitost pod standardnimi preskusnimi pogoji (STC), vendar so posamezne sončne celice dosegle učinkovitost 22,1%. Vendar pa obstajajo nekateri pomisleki glede strupenosti kadmija, saj je to težka kovina, ki lahko povzroči okoljsko škodo, če ni pravilno odstranjena.

l Tankoplastne plošče iz bakrovega indij-galijevega selenida (CIGS) so izdelane z namestitvijo plasti molibdenove (Mo) elektrode na substrat s postopkom naprševanja. V primerjavi z drugimi PV tehnologijami imajo visoko učinkovitost in lahko v prihodnosti dosežejo teoretično učinkovitost 33 %. Poleg tega so manj nagnjeni k pokanju ali zlomu in jih je enostavno upravljati. Kljub tem prednostim pa so stroški relativno dražji kot pri drugih tehnologijah, kar lahko ovira njihov nadaljnji razvoj.

l Tankoplastne plošče iz amorfnega silicija (a-Si) so izdelane z obdelavo steklenih plošč ali fleksibilnih substratov skupaj s konfiguracijo p-i-n ali n-i-p. Prednosti a-Si tankoplastnih plošč vključujejo njihovo fleksibilnost in lahko konstrukcijo, zaradi česar so idealne za uporabo v prenosnih aplikacijah, kot je kampiranje ali napajanje daljinskih senzorjev. Ker pa je prevodno steklo za te plošče drago in je postopek počasen, je njegova cena relativno draga in znaša skoraj 0,69 USD/W.

l Paneli s tankim filmom iz galijevega arzenida (GaAs) so bolj zapleteni kot pri običajnih tankoslojnih sončnih celicah proizvodnega procesa. Omeniti velja, da dosegajo visoke izkoristke do 39,2% in so bolj odporni na toploto in vlago. Kljub temu je zaradi časa izdelave, stroškov materiala in materialov z visoko rastjo manj sprejemljiva izbira.

5. Uporaba tankoplastnih sončnih panelov

Kot nastajajoči razred alternativ silicijevi fotovoltaiki se tankoplastni sončni paneli uporabljajo predvsem na naslednjih področjih.

l Fotovoltaika, vgrajena v stavbo (BIPV)

Ker so lahko tankoslojni fotonapetostni paneli do 90 % lažji od silikonskih panelov, je ena od aplikacij, ki je začela postajati zelo priljubljena po vsem svetu, BIPV, kjer so sončni paneli pritrjeni na strešnike, okna, šibke strukture itd. Poleg tega  nekatere vrste tankoslojnih PV je mogoče narediti polprosojne, kar pomaga ohranjati estetiko domov in zgradb, hkrati pa omogoča možnost proizvodnje sončne energije.

l Vesoljske aplikacije

Zaradi prednosti lahke teže, visoke učinkovitosti, širokega temperaturnega območja delovanja in celo odpornosti proti poškodbam pred sevanjem so bili tankoplastni sončni paneli, zlasti solarni paneli CIGS in GaAs, idealni za uporabo v vesolju.

l Vozila in pomorske aplikacije

Ena pogosta uporaba tankoplastnih sončnih kolektorjev je namestitev fleksibilnih fotonapetostnih modulov na strehe vozil (zlasti avtodomov ali avtobusov) ter krove čolnov in drugih plovil, ki se lahko uporabljajo za napajanje električne energije, hkrati pa ohranjajo estetiko.

l Prenosne aplikacije

Njegova prenosljivost in velikost sta mu zagotovili trajnostni razvoj v sektorju male elektronike z lastnim napajanjem in interneta stvari (IoT), za katerega se pričakuje, da bo v prihodnjih letih močno rasel. In s svojim napredkom se lahko dodatno uporablja na oddaljenih lokacijah z zložljivimi sončnimi kolektorji, sončnimi elektrarnami, prenosnimi računalniki na sončno energijo in tako naprej.

6. Razvojni trendi tankoplastnih sončnih panelov

Z vse večjim sprejemanjem sončne energije po vsem svetu, izvajanjem strogih energetskih omejitev in vse večjim prizadevanjem vlade za vključitev zelenih virov v omrežje naj bi tankoslojni sončni paneli do leta 2030 dosegli okoli 27,11 milijarde USD z izjemnim CAGR 8,29 % od 2022 do 2030 Povečanje je posledica njegovih prednosti in R&D, saj so izjemno ekonomični in enostavni za izdelavo, porabijo manj materiala in proizvedejo manj odpadkov. In R&D za povečanje vzdržljivosti in učinkovitosti sončnih celic bo ustvaril tudi nove priložnosti za rast trga.

Vendar priložnosti pridejo skupaj z izzivi. Visoka raven konkurence, spreminjajoče se regulativno okolje ter razpoložljivost omejenih financ in virov pomeni, da trenutno morda ne bodo mogli prevzeti znatnega dela svetovnega tržnega deleža.

7 Investicijska analiza tankoplastnih sončnih panelov

Zdi se, da se trg za tankoplastne sončne celice v zadnjih letih razvija, kar je posledica več dejavnikov.

l Analiza vrste izdelka

Leta 2018 je CdTe proizvajal električno energijo po ceni, ki je bila bistveno nižja od cene konvencionalnih virov energije na fosilna goriva ali enaka njej. Zaradi svojih nestrupenih, poceni obratovalnih in proizvodnih stroškov je trenutno kategorija kadmijevega telurida prevladovala na svetovnem trgu tankoplastnih sončnih celic in predvideva se, da bo še naprej rasla z najhitrejšo stopnjo v celotnem obdobju napovedi.

l Analiza končnega uporabnika

Naraščajoči razvoj in raziskave za nižje stroške namestitve in vzdrževanja lahko povečajo potrebe potrošnikov. Leta 2022 je trg komunalnih storitev prevladoval na svetovnem trgu tankoplastnih sončnih celic in predvideva se, da se bo še naprej razvijal z najhitrejšo hitrostjo v predvidenem obdobju. . Ker se tankoplastni solarni paneli razgrajujejo veliko počasneje, ponujajo potencialno alternativo tradicionalnim c-Si sončnim panelom.

l Regionalna analiza

Azijsko-pacifiška regija je bila leta 2022 največja regija na svetu za tankoplastne sončne celice in pričakuje se, da se bo še naprej širila z najvišjo stopnjo, kar je posledica številnih dejavnikov. Na primer, Kitajska bo kot največji trg sončne fotovoltaike po vsem svetu dvignila cilj za obnovljivo energijo z 20 % na 35 % do leta 2030. In solarne fotonapetostne naprave na Kitajskem večinoma uporabljajo tehnologijo tankega filma. Poleg tega je Japonska tudi izjavila, da namerava v prihodnje uporabljati samo trajnostno energijo.

8 Stvari, ki jih je treba upoštevati pri visokokakovostnih tankoplastnih sončnih panelih

Pri nakupu solarnih panelov ni treba upoštevati le cene in kakovosti, ampak tudi druge dejavnike.

l Učinkovitost: Visoka učinkovitost lahko več sončne energije pretvori v elektriko. Na splošno lahko višja koncentracija nosilcev naboja poveča učinkovitost sončne celice s povečanjem prevodnosti. Dodatek koncentratorja sončni celici ne pomaga le povečati učinkovitost, ampak lahko tudi zmanjša prostor, materiale in stroške, potrebne za proizvodnjo celice.

l Trajnost in življenjska doba: Nekateri moduli s tanko plastjo imajo tudi težave z degradacijo v različnih pogojih. Med vsemi materiali CdTe izkazuje najboljšo odpornost na poslabšanje delovanja s temperaturo. In za razliko od drugih tankoslojnih materialov je CdTe precej odporen na okoljske razmere, kot sta temperatura in vlaga, vendar se lahko pri upogljivih ploščah CdTe učinkovitost zmanjša pod vplivom napetosti ali obremenitev.

l Teža: Nanaša se na gostoto tankoslojnega sončnega panela. Na splošno so tankoslojne sončne plošče rahlo obtežene, zato se ne smete bati uporabe lastne teže na streho. Kljub temu je pri izbiri še vedno treba upoštevati težo, da zagotovimo, da ne bo preobremenjen za namestitev.

l Temperatura: To pomeni najnižjo in najvišjo temperaturo, pri kateri lahko deluje sončna plošča Thin Film. Na splošno velja, da imajo vsi najboljši tankoslojni sončni paneli najnižjo temperaturo -40 °C in najvišjo temperaturo 80 °C.