Шта су танкослојни соларни панели

1. Шта су танкослојни соларни панели?

За разлику од прве генерације соларних ћелија које су направљене од једно- или вишекристалног силицијума, танкослојни соларни панели се производе коришћењем једног или више слојева ПВ елемената на површини која се састоји од разних стакла, пластике или метала за конверзију. сунчева светлост у струју. А најчешће коришћени за танкослојну соларну технологију су кадмијум телурид (ЦдТе), бакар индијум галијум селенид (ЦИГС), аморфни силицијум (а-Си) и галијум арсенид (ГаАс).

2 Структура танкослојних соларних панела

Танкофилмски соларни панели се састоје од великог броја танкослојних соларних ћелија и користе светлосну енергију (фотоне) са Сунца за генерисање електричне енергије кроз фотонапонски ефекат Такође укључује слојеве, задњу плочу и разводну кутију, сви они раде заједно како би осигурали нормалан рад соларних панела.

Шта су танкослојне соларне ћелије?

Танкослојне соларне ћелије су електронски уређаји који претварају сунчеву светлост у електричну енергију фотонапонским ефектом. Танкофилне ћелије имају тенденцију да користе много мање материјала - активна површина ћелије је обично дебела само 1 до 10 микрометара. Такође, танкослојне ћелије се обично могу производити у процесу велике површине, који може бити аутоматизовани, континуирани производни процес.

Штавише, танкослојни соларни панели за рад користе танак слој провидног проводног оксида, као што је калај оксид. Док су ћелије танког филма направљене од многих сићушних кристалних зрна полупроводничких материјала како би се боље створило електрично поље са интерфејсом, који се назива хетероспој. Генерално, ова врста танкослојних уређаја може бити направљена као једна целина – то јест, монолитно – са слојем по слоју који се наносе узастопно на неку подлогу, укључујући наношење антирефлексног премаза и провидног проводног оксида.

Шта су слојеви?

Обично танкослојни соларни панел има веома танак (мање од 0,1 микрона) слој на врху који се назива слој „прозора“ да апсорбује светлосну енергију само са високоенергетског краја спектра. Мора бити довољно танак и имати довољно широк појас (2,8 еВ или више) да пропушта сву расположиву светлост кроз интерфејс (хетероспој) до апсорбујућег слоја. Апсорбујући слој испод прозора, обично допираног п-типа, опремљен високом апсорпцијом (способношћу да апсорбује фотоне) за велику струју и одговарајућим размаком у појасу за обезбеђење доброг напона.

Шта је задњи лист?

Као полимер или комбинација полимера са разним адитивима, задњи слој је дизајниран да обезбеди баријеру између соларних ћелија и спољашњег окружења. Из чега можемо да видимо да је задња плоча критична компонента у издржљивости, ефикасности и дуговечности соларног панела.

Шта је разводна кутија?

Као електрично кућиште које се користи за смештај и заштиту електричних прикључака, разводна кутија је посебно дизајнирана да обезбеди безбедно и сигурно окружење за електричне везе како би се спречио случајни контакт са жицама под напоном и како би се поједноставило будуће одржавање или поправке. Обично је ПВ разводна кутија причвршћена на полеђину соларног панела и функционише као излазни интерфејс. Спољашње везе за већину фотонапонских модула користе МЦ4 конекторе како би се олакшало повезивање са остатком система отпорно на временске услове. Може се користити и УСБ интерфејс за напајање.

3 Историја развоја танкослојних соларних панела

Историја танкослојних соларних панела датира из 1970-их, када су истраживачи започели своје прво истраживање о коришћењу танког филма (а-Си) полупроводника за искориштавање соларне енергије, у то време интересовање за технологију танког филма за комерцијалну употребу и апликације у ваздухопловству промовишу развој танкослојних соларних уређаја од аморфног силицијума.

1980-их, напредак у технологији је олакшао ширење постојећих танкослојних материјала у нове, као што су кадмијум телурид (ЦдТе) и бакар индијум галијум селенид (ЦИГС), који има већу ефикасност конверзије и ниже трошкове производње.

1990-те и 2000-те биле су време значајног напретка у истраживању нових соларних материјала треће генерације – материјала са потенцијалом да се превазиђу теоријске границе ефикасности за традиционалне материјале у чврстом стању. Развијени су нови производи као што су соларне ћелије осетљиве на боје, соларне ћелије са квантним тачкама.

Током 2010-их и раних 2020-их, иновације у соларној технологији танког филма укључивале су напоре да се соларна технологија треће генерације прошири на нове апликације и да се смање трошкови производње. У 2004. години, Национална лабораторија за обновљиву енергију (НРЕЛ) постигла је светски рекордну ефикасност од 19,9% за ЦИГС танкослојни модул. 2022. године, флексибилне органске танкослојне соларне ћелије су интегрисане у тканину.

Данас, флексибилне органске танкослојне соларне ћелије интегрисане у производе чине их бољим избором од традиционалних силицијумских панела. А технологија танког филма заузела је приближно 19% укупног броја у САД. тржишни удео у истој години, укључујући 30% комуналне производње.

4. Врсте соларних панела

Постоји неколико врста материјала који се користе за производњу танкослојних соларних ћелија, на основу њихових сировина, могу се поделити у четири врсте 

л Танкофилмски панели од кадмијум телурида (ЦдТе) су тип соларног панела који користи танак слој кадмијум телурида нанешеног на материјал подлоге, као што је стакло или нерђајући челик, као полупроводнички материјал. Не само да су лагани и једноставни за инсталацију, они такође имају високу производњу енергије у условима слабог осветљења, што значи да могу да генеришу електричну енергију чак и по облачном или облачном времену. Процењује се да су соларни панели са танким филмом ЦдТе достигли ефикасност од 19% под стандардним условима испитивања (СТЦ), али су појединачне соларне ћелије постигле ефикасност од 22,1%. Међутим, постоје одређене забринутости око токсичности кадмијума, јер је то тешки метал који може проузроковати штету по животну средину ако се не одложи на одговарајући начин.

л Панели танког филма бакар-индијум-галијум селенид (ЦИГС) се производе постављањем молибденског (Мо) електродног слоја преко подлоге кроз процес распршивања У поређењу са другим фотонапонским технологијама, оне имају високу ефикасност и могу постићи теоријску ефикасност од 33% у будућности. Поред тога, мање су склони пуцању или ломљењу и лако се користе. Међутим, упркос овим предностима, цена је релативно скупља него за друге технологије, што може отежати њихов даљи развој.

л Панели танког филма аморфног силицијума (а-Си) се производе обрадом стаклених плоча или флексибилних подлога, заједно са п-и-н или н-и-п конфигурацијом. Предности а-Си панела од танког филма укључују њихову флексибилност и лагану конструкцију, што их чини идеалним за употребу у преносивим апликацијама, као што су камповање или напајање даљинских сензора. Међутим, пошто је проводно стакло за ове панеле скупо и процес је спор, његова цена је релативно скупа од скоро 0,69 УСД/В.

л Танкослојни панели од галијум арсенида (ГаАс) су сложенији него за обичне танкослојне соларне ћелије производног процеса. Вреди напоменути да постижу високу ефикасност до 39,2% и да су отпорнији на топлоту и влагу. Ипак, време производње, цена материјала и материјали високог раста чине га мање одрживим избором.

5. Примена танкослојних соларних панела

Као нова класа алтернатива силицијумским фотонапонима, танкослојни соларни панели се углавном користе у следећим областима.

л фотонапонски систем интегрисан у зграду (БИПВ)

Пошто танкослојни ПВ панели могу бити и до 90% лакши од силиконских панела, једна примена која почиње да постаје широко популарна широм света је БИПВ, где се соларни панели причвршћују на црепове, прозоре, слабе структуре и тако даље. Поред тога,  неке врсте танкослојних фотонапонских панела могу се направити полупровидним, што помаже да се задржи естетика за домове и зграде док дозвољавају могућност производње соларне енергије.

л Свемирске апликације

Због предности лаких, високо ефикасних, широког температурног опсега, па чак и отпорности на зрачење, танкослојни соларни панели, посебно ЦИГС и ГаАс соларни панели, били су идеални за свемирске апликације.

л Возила и поморске апликације

Једна уобичајена примена танкослојних соларних панела је уградња флексибилних фотонапонских модула на кровове возила (посебно РВ или аутобусе) и палубе чамаца и других пловила, који се могу користити за напајање електричном енергијом уз истовремено очување естетике.

л Преносне апликације

Његова преносивост и величина омогућили су му одржив развој у сектору мале електронике са сопственим погоном и Интернета ствари (ИоТ), за који се очекује да ће значајно расти у наредним годинама. И са својим напретком, може се даље примењивати на удаљеним локацијама са склопивим соларним панелима, соларним батеријама, лаптоповима на соларни погон и тако даље.

6. Трендови развоја танкослојних соларних панела

Са све већим прихватањем соларне енергије широм света, применом строгих енергетских ограничења и све већим напорима владе да интегрише зелене изворе у мрежу, очекује се да ће танкослојни соларни панели достићи око 27,11 милијарди долара до 2030. године са изузетним ЦАГР од 8,29% од 2022 до 2030 Повећање је вођено његовим предностима и Р&Д, пошто су изузетно економични и лако се праве, користе мање материјала и производе мање отпада. И Р&Д за побољшање издржљивости и перформанси соларних ћелија такође ће створити нове могућности за раст тржишта.

Међутим, прилике долазе заједно са изазовима. Висок ниво конкуренције, променљиво регулаторно окружење као и доступност оскудних финансија и ресурса значе да тренутно можда неће моћи да заузму значајан део глобалног тржишног удела.

7 Инвестициона анализа танкослојних соларних панела

Чини се да се тржиште танкослојних соларних ћелија развија последњих година, што је вођено неколико фактора.

л Анализа типа производа

У 2018. ЦдТе је производио електричну енергију по цени која је била знатно нижа или упоредна са ценом конвенционалних извора енергије из фосилних горива. Због свог нетоксичног, јефтиног рада и трошкова производње, тренутно категорија кадмијум телурида доминира светским тржиштем танкослојних соларних ћелија, и очекује се да ће наставити да расте најбржим темпом током периода предвиђања.

л Анализа крајњег корисника

Растући развој и истраживање у циљу смањења трошкова инсталације и одржавања могу повећати потребе потрошача. У 2022. години, тржиште комуналних услуга је доминирало светским тржиштем танкослојних соларних ћелија, и предвиђа се да ће наставити да се развија најбржим темпом током предвиђеног периода. . Пошто се танкослојни соларни панели разграђују много споријим темпом, они нуде потенцијалну алтернативу традиционалним ц-Си соларним панелима.

л Регионална анализа

Азијско-пацифички регион је био највећи регион на свету за танкослојне соларне ћелије 2022. године, а очекује се да ће наставити да се шири највећом стопом, што је условљено многим факторима. На пример, као највеће соларно ПВ тржишта широм света, Кина ће повећати циљ за обновљиву енергију са 20% на 35% до 2030. године. А соларни фотонапонски објекти у Кини углавном користе технологију танког филма. Штавише, Јапан је такође изјавио да намерава да у даљем раду користи само одрживу енергију.

8 Ствари које треба узети у обзир за висококвалитетне танкослојне соларне панеле

Приликом куповине соларних панела не само да се мора узети у обзир цена и квалитет, већ треба имати на уму и друге факторе.

л Ефикасност: Висока ефикасност може претворити више сунчеве енергије у електричну енергију. Генерално, већа концентрација носача наелектрисања може повећати ефикасност соларне ћелије повећањем проводљивости. Додавање концентратора соларној ћелији не само да помаже да се повећа ефикасност, већ може и смањити простор, материјале и трошкове потребне за производњу ћелије.

л Трајност и животни век: Неки модули танког филма такође имају проблема са деградацијом под различитим условима. Од свих материјала, ЦдТе показује најбољу отпорност на деградацију перформанси са температуром. И за разлику од других танкослојних материјала, ЦдТе има тенденцију да буде прилично отпоран на услове околине као што су температура и влага, али флексибилни ЦдТе панели могу доживети деградацију перформанси под примењеним напонима или напрезањима.

л Тежина: Односи се на густину танкослојног соларног панела. Уопштено говорећи, танкослојни соларни панели су лагано оптерећени тако да се не бисте требали плашити да ћете на свој кров ставити мртву тежину. Без обзира на то, тежину и даље треба узети у обзир приликом одабира како би се осигурало да неће бити преоптерећена приликом инсталације.

л Температура: То значи минималну и максималну температуру на којој танкослојни соларни панел може да функционише. Генерално, сматра се да сви најбољи соларни панели са танким филмом имају минималну температуру од -40°Ц и максималну температуру од 80°Ц.