sales@solarbuy.com

МОЙ АККАУНТКорзинакотировка

$0.00
Привет, мир!

Тонкопленочные солнечные панели: технологии, плюсы и минусы, использование

В фотоэлектрической (PV) промышленности лидирует традиционная технология жесткого кристаллического кремния (c-Si), отличающаяся высокой эффективностью, низкой ценой и более высокой доступностью, но это не единственный доступный вариант. Тонкопленочная солнечная технология включает в себя множество функций, которые делают его уникальным для конкретных приложений которые не подходят для традиционных фотоэлектрических модулей c-Si.

На рынке доступно множество популярных тонкопленочных солнечных технологий, в том числе арсенид галлия (GaAs), теллурид кадмия (CdTe) и другие, при этом новые изучаются и разрабатываются.

В этой статье вы узнаете о наиболее важных тонкопленочных солнечных технологиях, их применении, преимуществах и недостатках, а также других интересных фактах об этой технологии.

Тонкопленочные солнечные панели установлены на крыше
By SolarShop Австралия, Модификации: Обрезка (CC BY-NC-SA 2.0

Содержание

Что такое тонкопленочные солнечные панели и почему они так важны для фотоэлектрической отрасли?

Технология тонкопленочных солнечных панелей заключается в нанесении очень тонких слоев (нанометра до микрометров) полупроводников на материалах подложки, из которых изготовлен корпус фотоэлектрического модуля. Эти материалы генерируют электричество из солнечного излучения под действием фотогальванического эффекта.

Традиционные фотоэлектрические модули c-Si затмили тонкопленочные солнечные технологии в прошлом благодаря более высокой эффективности по приемлемой цене, но это был в паре в последние годы. В настоящее время, c-Si технология имеет более высокую эффективность, чем большинство тонкопленочных солнечных модулей по хорошей цене, но тонкопленочная солнечная технология особенно подходит для уникальных применений в фотоэлектрической промышленности, что делает ее незаменимой для кристаллического кремния.

Ярким примером является технология арсенида галлия (GaAs). Хотя он имеет высокую стоимость, его высокая эффективность до 30% в стандартных условиях испытаний (STC) и 68.9% в уникальных лабораторных условиях, делает его идеальным для концентрированных PV (CPV) и космических приложений. Тонкопленочная солнечная технология также может использоваться для гибких фотоэлектрических модулей, подходящих для различных приложений, интегрированных фотоэлектрических систем зданий (BIPV), портативных приложений и многого другого.

Самые популярные технологии тонкопленочных солнечных панелей и их применение

Тонкопленочная солнечная технология представляет собой сборник различных технологий, включая передовые технологии, популярные технологии, используемые в коммерческих приложениях, и разрабатываемые перспективные технологии. В этом разделе мы объясняем наиболее важные тонкопленочные солнечные технологии и их применение.

Арсенид галлия (GaAs) и германий (Ge): самые популярные тонкие пленки для концентрированных фотоэлектрических (CPV) и космических приложений

Арсенид галлия (GaAs) и германий (Ge) являются двумя наиболее важными тонкопленочными солнечными технологиями, включенными в категорию многопереходные III-V фотоэлектрические элементы. Это сложно разработанные модули, изготовленные с несколько стыков вместо одного стыка, призванный превзойти 33.5% ограничение эффективности Шокли-Квиссера набор для однозонных солнечных элементов.

GaAs и Ge тонкопленочные солнечные элементы производятся с использованием галлия и арсенида для GaAs и германия для фотоэлектрических модулей Ge. Многопереходная конструкция III-V в сочетании с материалами увеличивает ширину запрещенной зоны, что приводит к более высокой подвижности электронов и насыщенной скорости электронов, что позволяет этим тонкопленочным фотоэлектрическим модулям поглощать больше энергии фотонов и обеспечивать более высокую эффективность.

серьезная неудача Тонкопленочные солнечные элементы GaAs и Ge связаны с их высокой стоимостью производства и сложностью выращивания для массового производства. Несмотря на то, что это ограничение, его высокая эффективность, достигающая 68.9%, делает его уникальным для применения в космосе и концентрированной фотоэлектрической энергии (CPV).

Теллурид кадмия (CdTe) и селенид меди-индия (галлия) (CIGS и СНГ): самые популярные тонкопленочные пленки для коммерческого применения.

Складные солнечные панели с тонкопленочной технологией
Складные солнечные панели с тонкопленочными технологиями - Источник: Reddit.

Теллурид кадмия (CdTe), селенид меди-индия-галлия (CIGS) и селенид меди-индия (CIS) составляют еще одну важную группу тонкопленочных солнечных технологий. Рекорд эффективности установлен на 22.1% для CdTe, 22.2% для CIGS и 23.5% для СНГ. Они также имеют очень конкурентоспособная стоимость за ватт ($/Вт).

Как и в случае с другими тонкопленочными солнечными технологиями, фотоэлектрические модули CdTe, CIGS и CIS изготавливаются путем нанесения тонких слоев полупроводниковых материалов. используя такие методы, как напыление, испарение, электрохимическое осаждение и др. Материал основы определяет гибкость модуля и, следовательно, его применения.

Тонкопленочные солнечные панели CdTe, CIGS и CIS не так популярны, как кристаллический кремний, для жилых помещений из-за более низкой эффективности и большего требуемого пространства на ватт, но они дешевле. Более низкая стоимость за ватт делает эти технологии уникальными для солнечных электростанций, где пространство для установки не является ограничением, но затраты должны быть сведены к минимуму.

Использование в коммерческих целях является наиболее важной ролью, которую эти тонкопленочные солнечные технологии играют в фотоэлектрической промышленности. Такие технологии, как CdTe, CIGS и CIS, используются для создания электронных устройств со встроенной солнечной электростанцией. переносные фотоэлектрические модули, БИПВ, солнечная черепица, гибкие фотоэлектрические модули для различных приложений и многое другое.

В прошлом CdTe, CIGS и CIS были не единственными популярными тонкопленочными солнечными технологиями, используемыми в коммерческих целях. Другие важные технологии которые занимали значительную долю рынка, были аморфный кремний (a-Si) и микроморфный кремний (μ-Si), но неспособность повысить эффективность и снизить стоимость привела к их постепенному исчезновению с рынка.

Органическая тонкопленочная фотоэлектрическая пленка (OPV) и перовскиты: разрабатываются другие важные тонкопленочные технологии.

Тонкопленочные солнечные панели не достигли своего пика, так как научное сообщество все еще работает над исследованием и разработкой новых и более совершенных технологий. Текущая исследуемая тенденция включает органические тонкопленочные фотоэлектрические (OPV) и тандемные элементы на основе перовскита, которые имеют многообещающее будущее в фотоэлектрической промышленности.

OPV изготавливаются с использованием двух полупроводниковых материалов. зажатые вместе, причем один из слоев представляет собой проводящий краситель или органический полупроводник. Эта технология показывает многообещающее будущее, обеспечивая низкую стоимость производства и высокую стабильность, и она может вызвать быстрый сдвиг на рынке фотоэлектрических систем в будущем, если существующие ограничения будут преодолены.

Тандемные солнечные элементы состоят из тонкопленочной солнечной технологии, которая стеки слои перовскита pn-перехода на основе кристаллического кремния или других тонкопленочных солнечных элементов, показывающие многообещающее будущее для конкуренции с традиционным кристаллическим кремнием из-за его потенциально низкой стоимости и высокой эффективности. Рекордная эффективность для тандемных солнечных батарей в настоящее время установлено на уровне 28.3% для элементов на основе c-Si и 26.2% для элементов на основе CIGS.

Проблемы для тандемных перовскитных солнечных элементов включают чувствительность к воде, широкая запрещенная зона, неконтролируемая кристаллизация и другие. Клетки OPV также должны быть разработаны как крупный солнечные батареи и решить несколько других проблем, чтобы выйти на рынок. В будущем эти тонкопленочные солнечные технологии могут заменить жесткие и другие тонкопленочные фотоэлектрические модули. предоставляя более высокая гибкость, более низкие затраты и меньший вес фотоэлектрических модулей.

Плюсы и минусы тонкопленочной солнечной технологии

Изучение плюсов и минусов различных групп тонкопленочных солнечных технологий — отличный способ понять их уникальные особенности. В этом разделе мы рассмотрим каждый из них.

Тонкопленочные солнечные технологии, такие как GaAs и Ge, способны обеспечить поразительную производительность, но при более высокой стоимости. Другие тонкопленочные солнечные технологии, такие как CdTe, CIGS и CIS, могут потребовать большого пространства для установки той же фотоэлектрической системы, которую вы бы установили с фотоэлектрическими модулями c-Si, но лучшая экономическая эффективность и уникальные свойства делают эти технологии уникальными. для коммерческих приложений.

По мере дальнейшего развития этих технологий будущие прорывы могут повысить их эффективность и снизить затраты, сделав их более популярными и увеличив их долю на рынке. В следующей таблице показаны наиболее важные плюсы и минусы каждой группы тонкопленочных солнечных технологий:

ПлюсыМинусы
GaAs и GeБолее высокая эффективность до 68.9%Высокая стоимость изготовления
Низкая рабочая температураБолее высокая деградация солнечных элементов
Выработка электроэнергии в условиях низкой освещенностиФотоэлектрические модули более деликатны
Малый температурный коэффициент
CdTe, CIGS и СНГПрочные и стойкие материалыВысокая деградация солнечных батарей
Малый температурный коэффициентБолее низкая эффективность, чем c-Si
Более высокая экономия при крупномасштабных установках
Идеально подходит для уникальных коммерческих приложений
Возможность изготовления гибких модулей
ОПВ и тандемный перовскитПотенциал для обеспечения более высокой эффективности, чем у кристаллического кремнияБольшинство все еще находится в стадии исследований и разработок
Низкая себестоимостьОПВ по-прежнему необходимо производить в крупногабаритных солнечных батареях.
Тандемный перовскит должен преодолеть несколько неудач

GaAs и Ge являются одними из лучших и наиболее эффективных тонкопленочных солнечных технологий. Эти тонкопленочные солнечные панели обеспечивают высокую эффективность и отлично работают в условиях низких и высоких температур и идеально подходят для CPV и космических приложений. Основными недостатками этих технологий являются высокая стоимость производства и выше, чем нормальная деградация солнечных элементов.

Тонкопленочные солнечные технологии CdTe, CIGS и CIS доказали свою ценность в фотоэлектрической отрасли. Хотя они менее эффективны, чем кристаллический кремний, они имеют лучшее соотношение цены и эффективности и лучше подходят для солнечных электростанций. Их уникальные свойства и низкая стоимость также делают их идеальными вариантами для коммерческих приложений, таких как портативные фотоэлектрические модули, BIPV, гибкие солнечные панели и другие.

Тандемные солнечные элементы на основе перовскита и OPV также имеют много преимуществ и большой потенциал для влияния на фотоэлектрическую промышленность. Единственное неудобство заключается в том, что исследователям нужно найти решения для нескольких неудач, прежде чем эти технологии смогут полностью выйти на рынок и использоваться для всех типов коммерческих приложений.

Рынок тонкопленочных солнечных панелей

Производство GWp для CIGS, a-Si и CdTe Thin-Film Solar
Производство GWp для CIGS, тонкопленочных солнечных батарей a-Si и CdTe — Источник: Институт систем солнечной энергии Фраунгофера

Индустрия PV в основном управляется технология монокристаллического и поликристаллического кремния с долей производства около 95%. Тонкопленочная солнечная технология также играет важную роль в фотоэлектрической отрасли, на долю которой приходится 5% для использования в солнечных электростанциях, BIPV, космических приложениях, обычных фотоэлектрических установках на крышах и т. д.

В 2021 году рынок тонкопленочных солнечных батарей оценивался в 12.2 млрд долларов и 14.7 млрд долларов к 2022 году., или около 5% всего рынка фотоэлектрических систем. Кроме того, за 3 года с 2018 по 2021 год валовое мировое производство (GWp) тонкопленочных солнечных панелей CdTe выросло. втрое, став самой популярной тонкопленочной солнечной технологией, производимой во всем мире.

Поскольку тонкопленочная солнечная технология продолжает расти, ожидается, что доля рынка этой технологии в фотоэлектрической отрасли будет расти еще больше. Согласно исследованию Custom Market Insights, к 2023 году индустрия тонкопленочных солнечных батарей может вырастут на 74.82% до $25.7 млрд., занимает почти 10% рынка.

Наиболее важные области применения тонкопленочных солнечных технологий

Тонкопленочные солнечные панели включают в себя несколько технологий с различными характеристиками и свойствами. В этом разделе мы объясняем важные области применения тонкопленочных солнечных технологий, таких как GaAs, Ge, CdTe, CIGS и CIS.

Строительная интегрированная фотоэлектрическая система (BIPV)

Интегрированные в здания фотоэлектрические элементы (BIPV) можно использовать для фасадов, крыш и остекления. Это приложение заменяет крышу, окна (остекление) и фасад любого здания. с эстетическим превосходством тонкопленочные солнечные фотоэлектрические модули, полностью интегрироваться в дизайн здания, предоставляя ему возможность генерировать солнечную энергию для использования на месте или для экспорта в сеть.

Возврат инвестиций (ROI) для BIPV можно приблизительно оценить по формуле 10 до 15 лет, в зависимости от специфики системы и местоположения. Системы BIPV могут работать в течение до 30 лет, обеспечивая большую часть или всю мощность, необходимую для работы здания. Популярные технологии, используемые для BIPV, включают CdTe, CIGS и CIS.

Концентрированные фотоэлектрические (CPV) приложения

Фотогальванические элементы с низкой и высокой концентрацией или CPV используют оптические устройства для концентрации солнечного света на поверхности фотоэлектрических модулей. CPV можно использовать с любой солнечной панелью, но высокоэффективные тонкопленочные солнечные панели, такие как GaAs и Ge, лучше подходят для этих приложений, поскольку фотоэлектрический модуль может производить На 30-40% больше энергии чем в обычных условиях.

Космические приложения

Космические аппараты, такие как спутники, космические станции и ракеты, подвергаются воздействию радиации, и ограниченный вес может быть доставлен в космос, что делает высокоэффективные и легкие тонкопленочные фотоэлектрические модули, такие как GaAs и Ge, уникально подходящими для этих приложений. Хотя это дорогие технологии, они более рентабельны, чем запуск в космос более тяжелых модулей.

Портативные приложения

Тонкопленочные солнечные технологии, такие как CdTe, CIGS и CIS, отличаются надежностью, гибкостью, низкой стоимостью и высокой эффективностью, что делает их лучшими для портативных приложений. Некоторые из них включают складные тонкопленочные солнечные панели, солнечные зарядные устройства для телефонов, солнечные фонарики, устройства в целом со встроенными солнечными элементами и многое другое. Будущие портативные приложения могут включать солнечные смартфоны.

Приложения для общедоступных устройств/оборудования

Правительство и местные органы власти также используют технологию тонкопленочных солнечных батарей для установки устройств и оборудования для общественных нужд, что делает их независимыми от сети и снижает затраты на энергопотребление. Некоторые из этих приложений включают общедоступные маршрутизаторы Wi-Fi с солнечными панелями, светофоры, работающие с тонкопленочными солнечными модулями, солнечные уличные фонариИ многое другое.

Автомобильные приложения

Лодки, внедорожники, автобусы и другие транспортные средства также используют солнечную энергию благодаря тонкопленочной солнечной технологии. Некоторые водители возят в своих автомобилях портативные тонкопленочные солнечные панели, в то время как другие идут еще дальше, устанавливая гибкие модули над носовой частью лодок, капотами или крышами жилых домов и т. д.

Фотоэлектрические установки на крыше

Тонкопленочные фотоэлектрические установки не так популярны, как c-Si, но все же встречаются. Некоторые приложения включают Тонкопленочные технологии на основе солнечной черепицы и фотоэлектрические установки над бизнес-зданиями, но в основном тонкопленочные солнечные фермы в коммунальных и промышленных установках, где важна более низкая стоимость, а пространство не является ограничением.

Заключительное слово: Будущее и ограничения тонкопленочной фотоэлектрической технологии

Понимание ограничений и ожидаемого будущего тонкопленочных солнечных технологий может помочь определить, как будет развиваться эта отрасль фотоэлектрической промышленности. Например, тонкопленочная солнечная технология a-Si не смогла преодолеть снижение эффективности и затрат, что сделало ее выдвигаться с рынка фотоэлектрических систем в предыдущие годы. Также есть опасения по поводу токсичные материалы и нехватка материалов относительно тонкопленочных солнечных продуктов.

Удивительно, но есть интересные новости и для тонкопленочных солнечных технологий.

Важным из них является то, что некоторые тонкопленочные солнечные технологии, такие как GaAs, могут иметь будущее применение, которое выходит за рамки производства солнечной энергии и выходит на территорию передачи энергии с использованием оптики. Кроме того, в будущем могут быть разработаны тонкопленочные солнечные технологии с использованием новых материалов.

Было подсчитано, что индустрия тонкопленочных солнечных технологий вырастет примерно на 10% к 2030 г.. Благодаря прорывам будущее тонкопленочных солнечных технологий может светиться еще ярче, поскольку они развиваются и занимают все большую долю рынка в фотоэлектрической отрасли.

Оставить комментарий▾

Оставьте комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены * *

LinkedIn facebook Pinterest YouTube Новости twitter Instagram facebook-пусто rss-пустой связанный-пустой Pinterest YouTube twitter Instagram