מתקדם בשמש דק-סרט טכנולוגיות עבור מערכות חשמל מבוזרות

מבוא: המהפכה האנרגיה המנוכלת ו-De-film Solar

מערכות חשמל מבוזרות - דור בקנה מידה קטן הממוקם קרוב לנקודה של שימוש - מעצבים מחדש את הנוף האנרגיה הגלובלי. סולרי פוטו-וולטאיקים הפכו עמוד השדרה של שינוי זה, אבל המודולים הקשיחים, הכבדים השולטים על גגות ושדות תועלת אינם אידיאליים עבור כל סביבה. Enter חומרים סולאריים דקים-סרטים: לוחות קלים, גמישים ויעילים יותר כי פותחים אפשרויות מסורתיות שבהן סיליקון לא יכול לעבור ממשטחי בנייה מרחוק ועד לתחומים מרוחקים של קבוצות אנרגיה, שנחשבות, ברגע שכאלו, נחשבודות, ברגע שמשתנים, כלומר, כלומר, אשר מאפשרות, תהליכים סולאריות, ברגע שמשתנים, ברגע שמשתנים, החלים, שינויים קלים, ומעבדות, אשר יאפשרו של מערכות סולאריים, החלים, החלים, החלים, החלים, שינויים מהירים יותר, טכנולוגיות אנרגיה דקים, החלים, אשר יאפשרודות, אשר יאפשרו, אשר יאפשרודות, אשר יאפשרו מחדש של מערכות סולאריות, ברגע שמשתנים, אשר יאפשרו, אשר יאפשרו מחדש של מערכות סולאריות, החלים, לאחר מכן, טכנולוגיות סולאריות, החלים, החלים, החלים, אשר יאפשרו, אשר יאפשרו מחדש, החלים, החלימים, כגון: סוללות

מה הם טכנולוגיות אפלות של סרטים?

תאים סולאריים דק-סרט מיוצרים על ידי להפקיד אחד או יותר שכבות של חומר פוטו-וולטאי - בדרך כלל רק כמה מיקרומטר עבה - על תת-קרקעי כגון זכוכית, נירוסטה פלדה או פלסטיק גמיש.בניגוד לסטרואידים גבישיים קונבנציונליים (c-Si), הדורשים תנודות עבות ממבנה דק, תהליכים דקים משתמשים בחומרים למחצה פחות מוליכים למחצה וניתן ליישם באמצעות נפיחות, הם יכולים להיות שונים של תאים חשמליים או חלקיקים:

• (FLT:0) סיליקון ארומטי (a-Si): איור FLT:1 חומר הסרט הדק הקדום ביותר, המשמש במכשירים קטנים של צרכנים וכמה מוצרים מכוונים בנייה, בעוד יעילותו נמוכה יותר מאשר סרטים דקים אחרים, תהליך הייצור שלה הוא בוגר ולא רעיל.
• (ב) .0.Cadmium Telluride (CdTeue): Dominates the minute-film Market, במיוחד מיצרן ראשון סולרי.CdTe לוחות מציעים את העלות הנמוכה ביותר לוואט בין פילים דקים ו השיגו יעילות מעל 22% בייצור.
• (FLT:0) Copper indium Gallium סלנלד (CIGS): 1FLT מחזיק את היעילות הגבוהה ביותר של מעבדה בין פילים דקים (מעל 23%) וניתן להפקיד אותם על תת-שכבות גמישות, מה שהופך אותו אידיאלי עבור יישומים ניידים ובנייה.

בנוסף, תאים סולאריים perovskite - מעמד חדש יותר של טכנולוגיית פילים דק - ראו התקדמות מחקר נפץ, עם יעילות מוסמך עכשיו מעל 26%. בעוד עדיין עומד בפני יציבות ואתגרים מדרגים, perovskites הם להיות שחקן גדול דק דק, במיוחד בתצורה של טנדם עם סיליקון.

פיתוח: Thin-סרט סולי טכנולוגיות

1.התפרקות יעילות

במשך שנים לוחות פילים דקים שעקבו אחר יעילות ה- C-Si, אך הפער הזה צר באופן דרמטי. CdTe מודולים מהשמש הראשונה עכשיו להשיג באופן שגרתי 19-22% בתנאי שדה, ותאים המחקר של החברה דחפו 22.5%. CIGS הגיע 23.35% במודול מסחרי, ושיפורים הרימו שיאים קטנים מעל 23.5%.

נהג מפתח הוא טכניקות מתקדמות של תאורה: ציפויים אנטי-reflective, מרקמים אור-טרמפים, ומשקף אחוריים המבטיחים כי פוטונים יש סיכויים מרובים להיספג. שיפורים אופטיים אלה חשובים כמו שיפורים באיכות חומרית בדוחפים יעילות של פילים דקים כלפי רמות הסיליקון ללא עלות של תשואות עבות.

2.שיפור יכולת וארוכות

מודולים פיל דקים מוקדמים סבלו מהשפלה - במיוחד סיליקון amorphous, אשר איבד פלט משמעותי בחודשים הראשונים של חשיפה. שיטות capsulation מודרני, טכנולוגיות קצה-היבשה, ושיפור חומרי גליון אחורי פתרו רבים של נושאים אלה.מודולים CdTe עכשיו לשאת 25 שנים צויונות עם פלט חשמל ערבויות דומות לוחות CIS.GS על תת-שכבות גמישות, הידועה לשמצה עבור לחות, עכשיו, עכשיו, 000 חזק יותר חזק יותר, 000 אטומית, 000 אטומית, 000 ⁇ (Dposition) אטומית אבטחה אטומית) אטומית לוח הגנה אטומית (Dlayer) אטומית) אטומית לוח הגנה רב- ⁇ אטומית) אטומית) אטומית) אטומית לוח זמנים (Dlayer) אטומית) אטומית לוח זמנים אטומית) אטומית) ⁇ אטומית לוח זמנים (Dlayer) אטומית הגנה אטומית) אטומית לוח זמנים הגנה אטומית לוח זמנים הגנה אטומית לוח זמנים (D ⁇ אטומית) אטומית) אטומית) אטומית) אטומית לוח חשמל אטומית לוח חשמל אטומית לוח

יתר על כן, פרוטוקולים המבחינים בחיים – כגון שילוב של לחות ובדיקות מחזוריות תרמיות – הפכו לסטנדרטים בתעשייה, ולהבטיח כי מוצרים פילים דקים יכולים לסבול אקלים קשה.עבור מערכות מבוזרות בסביבה החוף או עריד, ההתקדמות של עמידות אלה הם קריטיים.

עלויות ייצור נמוכות יותר ו-Salability

היתרון בייצור של פיל-סרט דק מושרש בשימוש החומרי הנמוך שלה ותהליכי קידוד גבוה. CdTe מודולים, למשל, דורשים פחות מ-1% חומר המוליכים למחצה המשמש מודול סיליקון דומה.

• שיעורי מחיקה מהירים יותר באמצעות לימוזינה קרובה ל-CdTe
• ייצור רול-טו-ל-roll עבור תאים גמישים של CIGS ו- perovskite, אשר מפחית באופן דרמטי את עלויות הטיפול והון.
• ניטור ולמידה של מכונות עבור זיהוי פגם בזמן אמת, הגדלת התשואות

מחלקת האנרגיה של ארה"ב:0 SunShot InitiativeFLT:1 ותוכניות עוקבות סיפקו מימון שעזר להניע עלויות CdTe מתחת ל-030 / W, מה שהופך סרט תחרותי עם סיליקון בקנה מידה גדול של תועלת.

4. גמישות ועיצוב קל משקל

אולי המאפיין הטרנספורמציי ביותר של סרט דק הוא היכולת שלה להתאים משטחים שאינם מתוכננים.מודולים CIGS גמישים ניתן להשחית על גג קרום, עורי בניין מעוקלים, גגות רכב ואפילו תרמילים. חומרים חדשים סטריחים - כגון סרטים פוליimide וסולטים דקים של אל-חלד - מאפשרים למודולים להיות מעוקלים לרדיוניים כמו 30 מ"מ ללא השכבות פעילות.

משקל הוא גורם קריטי נוסף.פאנל סיליקון טיפוסי שוקל כ 2.5 ק"ג / m2; מודולים גמישים פיל דק יכול לשקול כ-0.5 ק"ג / m2. הפחתה זו נפתחת על גגות חלשים מבניים (למשל, מבנים תעשייתיים מבוגרים, ברונים ונגררים) ללא חיזוק.עבור מערכות מבוזרות באזורי אסון, לוחות קלים קלים יותר לפרוס במהירות ויכולים להיות מותקנים על ידי צוות קטן יותר.

5.התעוררות חומרים דקים-סרט: Perovskites ו-Tandems

תאי השמש Perovskite הפכו לטכנולוגיה פוטו-וולטאית המלומדת ביותר של העשור האחרון.יעילות מעבדתית זינקה מ-3.8% ב-2009 ליותר מ-26% בתאי הצומת הבודדים כיום כוללים:

• (ב) ,0) ,התגברות על יציבות: 1FLT:1, תוספות ושכבות מעבר אשר מפחיתות את הגירת היון ואת הרגישות.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ :0 (ב) ציפוי של כרבול-די, הדפסה דיוג'ט, ושיטות מבוססות וואפור שניתן לשלבן בקווים רול-טו-לורד.
• תאים:0 (Tandem Cell:FLT:1 ,הטבעת תא עליון perovskite (אשר סופג פוטונים באנרגיה גבוהה) עם תא סיליקון או נמוך CIGS (שתופס את השאר) כבר הפיק יעילות מעל 29%. גישה זו יכולה לדחוף פילם דק-סרט לפני הגבול המעשי של סיליקון בלבד.

חברות כמו אוקספורד PV ו Hanwha Q Cells כבר לייצר טייסים מודולים perovskite-silicon טנדם טנדם.אם מסחרי בקנה מידה, אלה יכולים להגדיר מחדש את הגבול יעילות העלות עבור השמש מבוזרת.

יישומים במערכות חשמל מבוזרות

התכונות הייחודיות של ⁇ -film הופכות אותו להתאמה טבעית לדור מבוזר, שבו מגבלות ההתקנה ודפוסי העומס שונים מהחוות הסולאריות המרכזיות.

גג השמש על מגורים ובניינים מסחריים

קל משקל CdTe ו- CIGS מודולים משמשים יותר ויותר על גגות שטוח או נמוך של slope שבו מערכות עליות כדוריות מוקטנות מועדות להימנע חדירה. המשקל התחתון שלהם מפחית עומס מבני, ואת המראה הכהה אחיד של לוחות פילים דקים הוא לעתים קרובות יותר מקובל ארכיטקטוני מאשר מודולים גבישיים עם פערים תאים גלויים. כמה יצרנים מציעים כיפות גמישים יכול להיות מותקף כמו גג.

עבור מבנים מסחריים עם ביקוש באנרגיה גבוהה, מערכות פילים דקות יכולות לכסות אזורי גג גדולים עם פחות שינויים מבניים.המשרד האמריקני לאנרגיה:0Building-Integrated Photovoltaics (BIPV)FLT:1 התוכנית טיפחה פרויקטים שבהם פילד-פיל מוטבע לתוך אריחים גג, לוחות מתכת, ואפילו קירות וילונות.

פתרונות חשמל וחשמל מרחוק

גמישותו של הסרט ומשקל האור הופכים אותו אידיאלי עבור מטען סולארי נייד, ציוד קמפינג וכוח שדה צבאי.התקדמות ב-Samt-to-roll CIGS אפשרו לוחות קומפקטיים, מתקפלים שניתן לדחוסים בתיק ולא מולם כדי לטעון סוללות עבור מכשירים תקשורת או ציוד רפואי מרוחק.

בניין שמש משולבת (BIPV)

חזיתות השמש, חלונות ואורות השמיים הופכים להיות בעלי קיימא מסחרית הודות לתאי סרטניים סמי- ⁇ . אורגנים ול perovskites, במיוחד, ניתן לכוון לספוג רק את החלק הכמעט-המוכר של הספקטרום, ולהשאיר שידור אור גלוי לאור יום. CdTe Semi- ⁇ מודולים כבר מותקפים זכוכית ו- balusspit אלה משרתים מטרה כפולה: קירור חשמל.

Off-Grid and Village Electrification

באזורים שבהם תשתיות הן לוחות סולאריים דלים, פילים דקים – לעתים קרובות משולבים במערכות בית שמש – מספקים חשמל סבירים.עמידתם נגד טמפרטורות גבוהות ותנאים קלים נמוכים (סרטן בדרך כלל מתפקד טוב יותר מ-C-Si באור ובחום) הופכת אותן מתאימות לסביבות טרופיות. פרויקטים במימון בנק לאומי רבים באפריקה ובאסיה מציינים כיום מודולים דקים עבור מיקרו-צמחים בגלל משקלם קל יותר והורדת ההתקנה.

רכב משולב

כלי רכב חשמליים, כלי רכב פנאי, ורחפנים הם ניסויים עם עור סולארי דק-סרטים. Lightweight CIGS או perovskite סרטים ניתן להיות מוטבע לתוך גגות רכב ואת מכסה סוללות טעינה, טווח מורחב.המכונית המופעלת השמש "Lightyear One" ומערכות שונות לשמש עבור אוטובוסים ומשאיות להסתמך על תאים סרטניים גמישים.

אתגרים ומגבלות

למרות התקדמות מהירה, טכנולוגיות פילים דקות מתמודדות עם מכשולים חשובים לפני שהן יכולות לבטל לחלוטין את C-Si ביישומים מבוזרים.

• פערי היעילות:0 (FLT:1hil) בעוד רשומות מעבדה הם מרשים, מודולים פילים מסחריים דקים דקים לעתים קרובות lag מאחורי סיליקון מונוקריסטלליין על ידי מספר נקודות אחוז.
• (FLT:0) מחסור אווירי ו רעילות: ההרחבה 1 (שימוש ב- CIGS) ו- Tellurium (ב- CdTe) הם נדירים, יצירת מגבלות אספקה אם התפוקה היא גדולה.
• (FLT:0)Stability of perovskites:FLT:1 גם עם שיפורים אחרונים, תאים perovskite degrade מהר יותר מאשר סיליקון תחת אופניים סטנדרטיות-humidity. Encapsulation וטכנולוגיות מחסום משתפרים אך מוסיפים עלויות.
• (FLT:0)Belance-of-מערכת תאימות:BuildFLT:1 , מערכות מבוזרות רבות נועדו סביב ממדים מודול סיליקון סטנדרטי ופרופילים עכשוויים.מודולים של טה-סרט לעתים קרובות יש פלט מתח נמוך יותר דרישות הרהור שונות, אשר יכול להגדיל את המורכבות והעלות ההתקנה.

מחקר מתמשך במוסדות כגון FLT:0 (National Renewable Energy Laboratory)NREL)VEFLT:1 מתייחס לסוגיות אלה באמצעות ⁇ חדשות, תהליכי מחזור, ומפציצים מתקדמים.

תחזית עתיד

המסלול של השמש פיל-פיל דק במערכות חשמל מבוזר הוא בהיר.הקיבולת המותקנת הגלובלית של פיל דק צפוי לגדול בקצב שנתי מורכב של 12-15% עד 2030, המונע על ידי BIPV, יישומים ניידים, ולהגדיל את ייצור perovskite. כמה התפתחויות יש לעצב את העשור הבא:

• (FLT:0)Perovskite-silicon טנדהמים:03: 1:1 אם מודולים מסחריים מגיעים 28–30% יעילות, הם יכולים לשלוט פרמיה במערכות מבוזרות חלל, מסלקים עלות גבוהה יותר עם יותר כוח למ"ר.
• (FLT:0)Recycling and Circle Economy:FreaLT:1) לוחות פילים דקים מכילים חומרים יקרי ערך (indium, Tellurium, Money) תהליכי מחזור חדשים שפותחו על ידי חברות כמו השמש הראשונה יכולים להתאושש עד 90% מהחומרים האלה, לטפל בדאגות הקיימות וצמצום עלויות חומריות גולמיות.
• (FLT:0) תאומים ואופטימיזציה של בינה מלאכותית:FreaLT:1 , מודולים של ⁇ -film מגיבים אחרת לשחיקה חלקית וטמפרטורה.מערכות ניהול אנרגיה מונעות על ידי AI ניתן לתכנן כדי לחלץ כוח מקסימלי ממערךי סרטים דקים, שיפור התשואה המערכת הכוללת.
• ייצור:0 (Decentralized Manufacturing: FLT:1 כי ניתן לעשות דה-סרט דק על גבי לוחות גדולים וזולים, יש פוטנציאל מרכזי ייצור מקומיים המשרתים שוקי נישה - מודל שקשה עם סיליקון חד-משמעי בגווט וייצור וואטפר.

ככל שמערכות חשמל מבוזרות מתפתחות מערכי גג פשוטים ועד מערכות אנרגיה משולבות הכוללות אחסון, מטען רכב חשמלי וביקוש, סולרית פיל דק-פיל תספק את הגמישות הפיזית ואת מבנה העלות הדרוש כדי להטמיע את הדור לתוך הסביבה הבנויה.ההתקדמות של חמש השנים האחרונות הפכה ל-Dy-film דק מתחרה נישה למגרש רציני לגל הבא של פריסת השמש - ואת צינור המחקר מבטיח אפילו מוצרים יעילים, יציבים, גמישים, צדדיים ורב-תכליתיים.

עבור בעלי המערכת ובעלי הבניין הרואים את האפשרויות שלהם, הסרט הדק אינו פשרה; זוהי בחירה אסטרטגית עבור יישומים מבוזרים ספציפיים.עקב אחר ההתפתחויות האחרונות במקורות כגון FLT:0pv Magazine EvolutionFLT:1 ו עצירות בתעשייה יעזור לבעלי העניין להישאר מעודכן כמו טכנולוגיות פילים להמשיך להתבגר.