Ohutkalvo aurinkokennot

Jopa 85 % markkinoilla olevista aurinkokennoista on nykyään kiteisiä aurinkomoduuleja. Asiantuntijat vakuuttavat kuitenkin, että ohutkalvoteknologia aurinkokennojen valmistukseen osoittautuu tehokkaammaksi ja siksi lupaavimmaksi jo tunnetuista kidemoduuleista.

Ohutkalvotekniikan tärkein etu on sen alhaiset kustannukset, minkä vuoksi sillä on kaikki mahdollisuudet nousta johtajaksi tulevina vuosina. Uuden alustan moduulit tekevät aurinkopaneeleista joustavia sanan kirjaimellisessa merkityksessä. Ne ovat kevyitä ja joustavia, minkä ansiosta voit sijoittaa tällaiset akut kirjaimellisesti mille tahansa pinnalle, myös vaatteiden pinnalle.

Taipuisat aurinkokennot perustuvat polymeerikalvoihin, amorfiseen piihin, alumiiniin, kadmiumtelluridiin ja muihin puolijohteisiin, joita käytetään jo matkapuhelimien, kannettavien tietokoneiden, tablettien, videokameroiden ja muiden laitteiden kannettavien laturien valmistuksessa pienten taittuvien laitteiden muodossa. aurinkokennoja. Mutta jos tarvitaan enemmän tehoa, moduulin alueen on oltava suurempi.

Ensimmäiset ohutkalvoaurinkokennojen näytteet valmistettiin alustalle kerrostettuna amorfisella piillä ja hyötysuhde oli vain 4-5 %, eikä käyttöikä ollut pitkä. Saman tekniikan seuraava askel oli tehokkuuden nostaminen 8 prosenttiin ja käyttöiän pidentäminen, siitä tuli verrattavissa kristallien edeltäjiinsä. Lopuksi kolmannen sukupolven ohutkalvomoduulien tehokkuus oli jo 12 %, mikä on jo merkittävä edistysaskel ja kilpailukyky.

Täällä käytetyt indiumkupariselenidit ja kadmiumtelluridit ovat mahdollistaneet joustavien aurinkokennojen ja kannettavien laturien luomisen jopa 10 %:n hyötysuhteella, ja tämä on jo merkittävä saavutus, kun otetaan huomioon, että fyysikot taistelevat jokaisesta lisätehokkuusprosentista. Katsotaanpa nyt tarkemmin, kuinka ohutkalvoparistoja valmistetaan.

Mitä tulee kadmiumtelluridiin, sitä alettiin tutkia valoa absorboivana materiaalina jo 1970-luvulla, jolloin oli tarpeen löytää paras vaihtoehto käytettäväksi avaruudessa. Kadmiumtelluridi on tähän päivään asti lupaavin aurinkokennoille. Kysymys kadmiumin myrkyllisyydestä on kuitenkin avoinna jonkin aikaa.

Tutkimuksen tuloksena todettiin, että vaara on minimaalinen, ilmakehään vapautuvan kadmiumin taso ei ole vaarallinen. Hyötysuhde on 11 %, kun taas wattihinta on kolmanneksen alhaisempi kuin piianalogeilla.

Nyt kupari-indiumselenidille. Huomattava määrä indiumia käytetään nykyään litteiden näyttöjen valmistukseen, joten indium korvataan kuitenkin galliumilla, jolla on samat ominaisuudet aurinkoenergia… Tällä perusteella kalvoparistot saavuttavat 20 %:n hyötysuhteen.

Viime aikoina polymeeripaneeleja on alettu kehittää.Tässä valoa absorboivina materiaaleina toimivat orgaaniset puolijohteet: hiilifulereenit, polyfenyleeni, kupariftalosyaniini jne. Aurinkokennon paksuus on 100 nm, mutta hyötysuhde on vain 5-6 %. Mutta samaan aikaan tuotantokustannukset ovat melko alhaiset, kalvot ovat edullisia, kevyitä ja täysin ympäristöystävällisiä. Tästä syystä hartsipaneelit ovat suosittuja siellä, missä ympäristöystävällisyys ja mekaaninen joustavuus ovat tärkeitä.

Joten tänään valmistettujen ohutkalvoaurinkokennojen tehokkuus:

• Yksikide - 17 - 22%;

• polykide - 12 - 18%;

• Amorfinen pii - 5-6%;

• kadmiumtelluridi - 10-12%;

• Kupari-indiumselenidi - 15-20%;

• Orgaaniset polymeerit - 5-6%.

Mitkä ovat ohutkalvoparistojen ominaisuudet? Ensinnäkin on syytä huomata moduulien korkea suorituskyky jopa hajavalossa, joka antaa jopa 15% enemmän tehoa vuoden aikana verrattuna kideanalogeihin. Seuraavaksi tulee valmistuskustannusetu. Suuritehoisissa järjestelmissä 10 kW:sta lähtien ohutkalvomoduulien tehokkuus on suurempi, vaikka pinta-alaa tarvitaan 2,5 kertaa enemmän.

Siten voimme nimetä olosuhteet, joissa ohutkalvomoduulit saavat oikeutetun edun. Alueilla, joilla sää on enimmäkseen pilvinen, ohutkalvoparistot toimivat tehokkaasti (hajavalo). Alueilla, joilla on kuuma ilmasto, ohuet kalvot ovat tehokkaampia (ne toimivat yhtä tehokkaasti korkeissa lämpötiloissa kuin matalissa lämpötiloissa). Mahdollisuus käyttää koristeellisena suunnitteluratkaisuna rakennusten julkisivujen viimeistelyyn. Läpinäkyvyys jopa 20 % on mahdollista, mikä taas pelaa suunnittelijoiden käsissä.

Sillä välin vuonna 2008 amerikkalainen Solyndra-yhtiö ehdotti ohutkalvoparistojen sijoittamista sylintereihin, joissa valokennokerros asetetaan lasiputkeen, joka asetetaan toisen sähkökoskettimilla varustetun putken sisään. Käytetyt materiaalit ovat kupari, seleeni, gallium, indium.

Sylinterimäinen rakenne mahdollistaa enemmän valon imeytymisen, ja 40 sylinterin sarja sopii kahden paneelin metriin. Kohokohta tässä on, että valkoinen kattopinnoite edistää tällaisen ratkaisun korkeaa tehokkuutta, koska silloin myös heijastuneet säteet toimivat ja lisäävät 20% energiastaan. Lisäksi sylinterimäiset sarjat kestävät jopa voimakkaita tuulia jopa 55 m / s puuskissa.

Suurin osa nykyään valmistetuista aurinkokennoista sisältää vain yhden pn-liitoksen, ja fotonit, joiden energia on pienempi kuin kaistaväli, eivät yksinkertaisesti osallistu tuotantoon. Sitten tutkijat keksivät tavan voittaa tämä rajoitus, kehitettiin monikerroksisen rakenteen kaskadielementtejä, joissa jokaisella kerroksella on oma kaistanleveys, eli jokaisella kerroksella on erillinen pn-liitos, jossa on absorboituneen energian yksilöllinen arvo. fotonit.

Ylempi kerros on muodostettu seoksesta, joka perustuu hydrattuihin amorfiseen piihin, toinen on samanlainen seos, johon on lisätty germaniumia (10-15%), ja kolmas - lisäämällä 40-50% germaniumia. Siten jokaisessa peräkkäisessä kerroksessa on kapeampi rako kuin edellisellä kerroksella, ja kalvon alla olevat kerrokset absorboivat ylempien kerrosten absorboimattomat fotonit.

Tässä lähestymistavassa tuotetun energian hinta puolittuu perinteisiin kiteisiin piikennoihin verrattuna. Tuloksena kolmikierroskalvolla saavutettiin 31 %:n hyötysuhde, ja viiden kierron kalvo lupaa kaiken 43 %:n.

Äskettäin Moskovan valtionyliopiston asiantuntijat ovat kehittäneet rullatyyppisiä aurinkokennoja, jotka perustuvat polymeeriin, joka on levitetty joustavalle orgaanisen materiaalin alustalle. Tehokkuus osoittautui vain 4%, mutta tällaiset akut voivat toimia jopa + 80 ° C: ssa 10 000 tuntia. Näitä tutkimuksia ei ole vielä saatu päätökseen.

Sveitsiläiset tutkijat saavuttivat 20,4 %:n hyötysuhteen polymeeripohjaisesti, ja puolijohteina käytettiin indiumia, kuparia, seleeniä ja galliumia. Nykyään tämä on ohuen polymeerikalvon elementtien ennätys.

Japanissa ne saavuttivat 19,7 %:n hyötysuhteen samanlaisissa (indium, seleeni, kupari) sputteroiduissa puolijohteissa. Ja Japanissa he aloittivat aurinkokankaan tuotannon, kankaiset aurinkopaneelit kehitettiin käyttämällä kankaaseen kiinnitettyjä, halkaisijaltaan noin 1,2 millimetrin sylinterimäisiä elementtejä. Vuoden 2015 alussa he suunnittelivat aloittavansa vaatteiden ja aurinkovarjojen tuotannon tältä pohjalta.

On selvää, että ohutkalvoaurinkopaneelit tulevat lähitulevaisuudessa vihdoin yleisesti saataville väestön käyttöön.Ei ole turhaa, että eri puolilla maailmaa tehdään niin paljon tutkimusta kustannusten vähentämiseksi.