Paneli za jua za Thin-filamu ni nini

1. Paneli za jua za Thin-filamu ni nini?

Tofauti na seli za jua za kizazi cha kwanza zinazotengenezwa kwa silicon ya fuwele moja au nyingi, paneli za jua za filamu nyembamba hutengenezwa kwa tabaka moja au nyingi za vipengele vya PV juu ya uso unaojumuisha aina mbalimbali za kioo, plastiki, au chuma ili kubadilisha. mwanga wa jua ndani ya umeme. Na zinazotumiwa zaidi kwa teknolojia ya jua-filamu nyembamba ni cadmium telluride (CdTe), copper indium gallium selenide (CIGS), silikoni ya amofasi (a-Si), na gallium arsenide (GaAs).

2 Muundo wa Paneli za Sola za Filamu Nyembamba

Paneli za jua zenye filamu nyembamba zina idadi kubwa ya seli za jua zenye filamu nyembamba na hutumia nishati ya mwanga (photoni) kutoka kwenye Jua kuzalisha umeme kupitia athari ya photovoltaic. Pia inajumuisha tabaka, laha ya nyuma na sanduku la makutano, zote zinafanya kazi pamoja ili kuhakikisha utendakazi wa kawaida wa paneli za jua.

Seli za jua za Thin-filamu ni nini?

Seli za jua zenye filamu nyembamba ni vifaa vya kielektroniki vinavyobadilisha mwanga wa jua kuwa nishati ya umeme kwa athari ya photovoltaic. Seli za filamu nyembamba zina mwelekeo wa kutumia nyenzo kidogo - eneo amilifu la seli huwa na unene wa mikromita 1 hadi 10 pekee. Pia, seli za filamu nyembamba zinaweza kutengenezwa kwa mchakato wa eneo kubwa, ambayo inaweza kuwa mchakato wa uzalishaji wa kiotomatiki, unaoendelea.

Zaidi ya hayo, paneli za jua zenye filamu nyembamba hutumia safu nyembamba ya oksidi inayopitisha uwazi, kama vile oksidi ya bati kufanya kazi. Wakati seli za filamu nyembamba zimeundwa kwa chembe nyingi ndogo za fuwele za nyenzo za semicondukta ili kuunda vyema uga wa umeme na kiolesura, kinachoitwa heterojunction. Generalloy aina hii ya vifaa vya filamu nyembamba vinaweza kutengenezwa kama kitengo kimoja - yaani, monolithically -na safu juu ya safu ikiwekwa kwa kufuatana kwenye sehemu ndogo, ikijumuisha uwekaji wa mipako ya kuakisi na oksidi inayopitisha uwazi.

Tabaka ni nini?

Kwa kawaida paneli ya jua yenye filamu nyembamba huwa na safu nyembamba sana (chini ya mikroni 0.1) juu inayoitwa safu ya "dirisha" ili kunyonya nishati ya mwanga kutoka kwenye ncha ya juu ya nishati pekee ya wigo. Lazima iwe nyembamba vya kutosha na iwe na mkanda mpana wa kutosha (eV 2.8 au zaidi) ili kuruhusu mwanga wote unaopatikana kupitia kiolesura (heterojunction) hadi safu ya kunyonya. Safu ya kunyonya chini ya dirisha, kwa kawaida doped p-aina, yenye vifaa vya juu vya kunyonya (uwezo wa kunyonya photons) kwa sasa ya juu na pengo la bendi inayofaa kutoa voltage nzuri.

Karatasi ya nyuma ni nini?

Kama polima au mchanganyiko wa polima na viungio mbalimbali, karatasi ya nyuma imeundwa ili kutoa kizuizi kati ya seli za jua na mazingira ya nje. Kutoka ambayo tunaweza kuona laha ya nyuma ni sehemu muhimu katika uimara, ufanisi, na maisha marefu ya paneli ya jua.

Sanduku la makutano ni nini?

Kama uzio wa umeme unaotumika kuweka na kulinda viunganishi vya umeme, kisanduku cha makutano kimeundwa mahususi ili kutoa mazingira salama na salama ya viunganishi vya umeme ili kuzuia kugusa nyaya za moja kwa moja kwa bahati mbaya na kurahisisha matengenezo au ukarabati wa siku zijazo. Kawaida kisanduku cha makutano cha PV huambatishwa nyuma ya paneli ya jua na hufanya kazi kama kiolesura cha pato. Miunganisho ya nje ya moduli nyingi za photovoltaic hutumia viunganishi vya MC4 kuwezesha miunganisho rahisi ya kustahimili hali ya hewa kwenye mfumo mzima. Kiolesura cha nguvu cha USB pia kinaweza kutumika.

3 Historia ya Ukuzaji wa Paneli za Sola za Filamu Nyembamba

Historia ya paneli za jua zenye filamu nyembamba ilianza miaka ya 1970, wakati watafiti walianza uchunguzi wao wa ngumi juu ya matumizi ya filamu nyembamba (a-Si) ya semiconductors ili kutumia nishati ya jua, wakati huo nia ya teknolojia ya filamu nyembamba kwa matumizi ya kibiashara. na utumizi wa angani hukuza uundaji wa vifaa vya jua vya silicon amofasi-filamu nyembamba.

Katika miaka ya 1980, maendeleo ya teknolojia yaliwezesha upanuzi wa nyenzo zilizopo za filamu nyembamba hadi mpya, kama vile cadmium telluride (CdTe) na copper indium gallium selenide (CIGS), ambayo ina ufanisi wa juu wa ubadilishaji na gharama ya chini ya uzalishaji.

Miaka ya 1990 na 2000 ulikuwa wakati wa maendeleo makubwa katika utafutaji wa nyenzo mpya za kizazi cha tatu za nishati ya jua-nyenzo zenye uwezo wa kushinda vikomo vya ufanisi wa kinadharia kwa nyenzo za jadi za serikali dhabiti. Bidhaa mpya kama vile seli za jua zinazohamasishwa rangi, seli za jua za nukta ya quantum zilitengenezwa.

Katika miaka ya 2010 na mwanzoni mwa miaka ya 2020, uvumbuzi katika teknolojia ya nishati ya jua yenye filamu nyembamba umejumuisha juhudi za kupanua teknolojia ya jua ya kizazi cha tatu kwa matumizi mapya na kupunguza gharama za uzalishaji. Mnamo 2004, Maabara ya Kitaifa ya Nishati Inayoweza Kubadilishwa (NREL) ilipata ufanisi wa rekodi ya dunia wa 19.9% ​​kwa moduli ya filamu nyembamba ya CIGS. Mnamo 2022, seli za jua za filamu nyembamba za kikaboni ziliunganishwa kwenye kitambaa.

Siku hizi, seli za sola za kikaboni za filamu nyembamba zilizojumuishwa katika uundaji huzifanya chaguo bora kuliko paneli za silicon za kitamaduni. Na teknolojia ya filamu nyembamba ilinasa takriban 19% ya jumla ya U.S. sehemu ya soko katika mwaka huo huo, ikijumuisha 30% ya uzalishaji wa kiwango cha matumizi.

4.Aina za Paneli za Jua

Kuna aina kadhaa za vifaa vinavyotumiwa kutengeneza seli nyembamba za jua, kulingana na malighafi zao, zinaweza kugawanywa katika aina nne. 

l Cadmium Telluride (CdTe) Paneli za Filamu Nyembamba ni aina ya paneli za jua zinazotumia safu nyembamba ya cadmium telluride iliyowekwa kwenye nyenzo ndogo, kama vile glasi au chuma cha pua, kama nyenzo ya semiconductor. Sio tu nyepesi na rahisi kufunga, pia wana uzalishaji wa juu wa nishati katika hali ya chini ya mwanga, ambayo ina maana kwamba wanaweza kuzalisha umeme hata katika hali ya hewa ya mawingu au ya mawingu. Inakadiriwa kuwa paneli za sola za filamu nyembamba za CdTe zilifikia ufanisi wa 19% chini ya Masharti ya Upimaji wa Kawaida (STC), lakini seli moja za jua zimepata ufanisi wa 22.1%. Hata hivyo, kuna baadhi ya wasiwasi kuhusu sumu ya cadmium, kwa kuwa ni metali nzito ambayo inaweza kusababisha uharibifu wa mazingira ikiwa haitatupwa vizuri.

l Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) Paneli za Filamu Nyembamba hutengenezwa kwa kuweka safu ya elektrodi ya molybdenum (Mo) juu ya substrate kupitia mchakato wa kunyunyiza. Ikilinganishwa na teknolojia zingine za PV, zina ufanisi wa juu na zinaweza kufikia ufanisi wa kinadharia wa 33% katika siku zijazo. Kwa kuongeza, wao ni chini ya kukabiliwa na kupasuka au kuvunja na kuendeshwa kwa urahisi. Walakini, licha ya faida hizi, gharama ni ghali zaidi kuliko teknolojia zingine, ambazo zinaweza kuzuia maendeleo yao zaidi.

l Silicon ya Amofasi (a-Si) Paneli za Filamu Nyembamba hutengenezwa kwa usindikaji sahani za kioo au substrates zinazobadilika, pamoja na usanidi wa p-i-n au n-i-p. Manufaa ya paneli za a-Si nyembamba-filamu ni pamoja na kunyumbulika na ujenzi wake mwepesi, unaozifanya ziwe bora kwa matumizi katika programu zinazobebeka, kama vile kuweka kambi au kuwasha vihisi vya mbali. Hata hivyo, kwa kuwa kioo cha conductive kwa paneli hizi ni ghali na mchakato ni wa polepole, bei yake ni ya gharama kubwa ya karibu $0.69/W.

l Gallium Arsenide (GaAs) Paneli za Filamu Nyembamba ni ngumu zaidi kuliko seli za jua za kawaida za filamu nyembamba za mchakato wa utengenezaji. Ni muhimu kutaja kwamba wanapata ufanisi wa juu wa hadi 39.2% na ni sugu zaidi kwa joto na unyevu. Walakini, wakati wa utengenezaji, gharama ya nyenzo, na nyenzo za ukuaji wa juu, hufanya iwe chaguo lisilofaa.

5.Matumizi ya Filamu Nyembamba za Paneli za Jua

Kama kundi ibuka la njia mbadala za silicon photovoltaics, paneli za jua zenye filamu nyembamba hutumiwa hasa katika nyanja zifuatazo.

l Jengo-Integrated Photovoltaics(BIPV)

Kwa kuwa paneli nyembamba za PV za filamu zinaweza kuwa nyepesi hadi 90% kuliko paneli za silicon, programu moja inayoanza kuwa maarufu duniani kote ni BIPV, ambapo paneli za jua zimeunganishwa kwenye vigae vya paa, dirisha, miundo dhaifu na kadhalika. Aidha,  baadhi ya aina ya filamu nyembamba PV inaweza kufanywa nusu uwazi, ambayo husaidia kuweka aesthetics kwa nyumba na majengo wakati kuruhusu uwezekano wa uzalishaji wa nishati ya jua.

l Maombi ya nafasi

Kutokana na faida za uzani mwepesi, ufanisi wa hali ya juu, kiwango kikubwa cha joto cha uendeshaji, na hata upinzani wa uharibifu dhidi ya mionzi, paneli za jua zenye filamu nyembamba, hasa CIGS na paneli za jua za GaAs, zimekuwa bora kwa matumizi ya nafasi.

l Magari na matumizi ya baharini

Utumizi mmoja wa kawaida wa paneli za jua zenye filamu nyembamba ni usakinishaji wa moduli za PV zinazonyumbulika kwenye paa za magari (hasa RV au mabasi) na sitaha za boti na vyombo vingine, ambavyo vinaweza kutumika kuwasha umeme wakati huo huo kuweka uzuri.

l Programu zinazobebeka

Uwezo na ukubwa wake umeipatia maendeleo endelevu katika sekta ndogo ya umeme inayojiendesha yenyewe na Mtandao wa Vitu (IoT), ambayo inatarajiwa kukua kwa kiasi kikubwa katika miaka ijayo. Na kwa maendeleo yake, inaweza kutumika zaidi katika maeneo ya mbali na paneli za jua zinazoweza kukunjwa, benki za nishati ya jua, kompyuta za mkononi zinazotumia nishati ya jua na kadhalika.

6. Mitindo ya Maendeleo ya Paneli za Sola za Filamu Nyembamba

Kwa kuongezeka kwa kukubalika kwa nishati ya jua ulimwenguni kote, utekelezaji wa vizuizi vikali vya nishati na juhudi zinazoongezeka za serikali za kuunganisha vyanzo vya kijani kwenye gridi ya taifa, paneli za jua zenye filamu nyembamba zinatarajiwa kufikia karibu dola bilioni 27.11 ifikapo 2030 na CAGR ya kushangaza ya 8.29% kutoka 2022 hadi 2030 Ongezeko hilo linasukumwa na faida zake na R&D, kwa kuwa ni za kiuchumi sana na zimeundwa kwa urahisi, tumia nyenzo kidogo na hutoa taka kidogo. Na R&D ili kuongeza ustahimilivu wa seli za jua na utendakazi pia itaunda fursa mpya za ukuaji wa soko.

Walakini, fursa huja pamoja na changamoto. Viwango vya juu vya ushindani, mabadiliko ya mazingira ya udhibiti pamoja na upatikanaji wa fedha na rasilimali adimu ina maana kwa sasa wanaweza wasiweze kuchukua sehemu kubwa ya hisa ya soko la kimataifa.

7 Uchambuzi wa Uwekezaji wa Paneli za Sola za Filamu Nyembamba

Soko la seli za jua nyembamba-filamu inaonekana kuendeleza katika miaka ya hivi karibuni, ambayo inaendeshwa na mambo kadhaa.

l Uchambuzi wa Aina ya Bidhaa

Mnamo mwaka wa 2018, CdTe ilizalisha umeme kwa bei ambayo ilikuwa chini sana au sawa na ile ya vyanzo vya kawaida vya nishati ya mafuta. Kwa sababu ya gharama zake zisizo na sumu, za bei nafuu za uendeshaji na uzalishaji, kwa sasa kategoria ya cadmium telluride inatawala soko la seli za jua zenye filamu nyembamba duniani kote, na inategemewa kuwa itaendelea kukua kwa kasi zaidi katika kipindi chote cha utabiri.

l Uchambuzi wa Mtumiaji wa Mwisho

Ukuaji unaoongezeka na utafiti wa kupunguza gharama za usakinishaji na matengenezo unaweza kuongeza mahitaji ya watumiaji. Mnamo 2022, soko la matumizi lilitawala soko la seli za jua zenye filamu nyembamba, na inatabiriwa kuwa itaendelea kukuza kwa kasi ya haraka katika kipindi chote cha utabiri. . Kwa kuwa paneli za sola zenye filamu nyembamba huharibika kwa mwendo wa polepole zaidi, hutoa uwezekano mbadala kwa paneli za jadi za c-Si.

l Uchambuzi wa Kikanda

Asia-Pacific ilikuwa eneo kubwa zaidi ulimwenguni kwa seli za jua zenye filamu nyembamba mnamo 2022, na inategemewa kuwa itaendelea kupanuka kwa kiwango cha juu zaidi, ambacho kinasukumwa na sababu nyingi. Kwa mfano, kama soko kubwa zaidi la nishati ya jua duniani kote, China itaongeza lengo la nishati mbadala kutoka 20% hadi 35% ifikapo 2030. Na mitambo ya kiwango cha matumizi ya nishati ya jua ya Photovoltaic nchini Uchina hutumia zaidi teknolojia ya filamu nyembamba. Zaidi ya hayo, Japan pia imetangaza nia yake ya kutumia tu nguvu endelevu katika zaidi.

8 Mambo ya Kuzingatia kwa Paneli za Ubora wa Filamu Nyembamba za Sola

Wakati wa kununua paneli za jua, si tu bei na ubora lazima zizingatiwe, mambo mengine yanapaswa pia kuzingatiwa.

l Ufanisi: Ufanisi wa juu unaweza kubadilisha nishati zaidi ya jua kuwa umeme. Kwa ujumla kuwa na mkusanyiko wa juu wa wabebaji wa malipo kunaweza kuongeza ufanisi wa seli ya jua kwa kuongeza upitishaji. Kuongezewa kwa kontakt kwenye seli ya jua sio tu kusaidia kuongeza ufanisi, lakini pia kunaweza kupunguza nafasi, vifaa, na gharama inayohitajika kutengeneza seli.

l Kudumu na maisha: Baadhi ya moduli za filamu nyembamba pia zina matatizo na uharibifu chini ya hali mbalimbali. Miongoni mwa vifaa vyote, CdTe inayoonyesha upinzani bora kwa uharibifu wa utendaji na joto. Na tofauti na nyenzo nyingine za filamu nyembamba, CdTe huwa na uwezo wa kustahimili hali ya mazingira kama vile halijoto na unyevunyevu, lakini paneli zinazonyumbulika za CdTe zinaweza kuathiriwa na utendakazi chini ya mikazo au matatizo.

l Uzito: Inahusu msongamano wa paneli nyembamba ya jua ya filamu. Kwa ujumla, paneli nyembamba za sola zenye uzani mwepesi kwa hivyo hupaswi kuogopa kuweka uzito uliokufa kwenye paa lako. Walakini, uzani bado unahitaji kuzingatiwa wakati wa kuchagua ili kuhakikisha kuwa hautapakiwa kwa usakinishaji.

l Joto: Hii inamaanisha kiwango cha chini na cha juu zaidi cha halijoto ambapo paneli ya jua ya Thin Film inaweza kufanya kazi. Kwa ujumla, paneli zote nyembamba za jua za filamu nyembamba zinachukuliwa kuwa na joto la chini la -40 ° C na joto la juu la 80 ° C.