Последние достижения в области технологий солнечных панелей

Фотоэлектрические элементы подразделяются на три поколения и делятся на различные подтипы в зависимости от свойств материала. Первое и второе поколения элементов имеют проблемы, связанные с высокими производственными затратами и меньшей эффективностью.

Доктор Радж Шах, г-жа Салова Сиддик, г-жа Мриналени Дас | Келер Инструменты

С началом промышленной революции количество парниковых газов быстро увеличивалось из-за выбросов ископаемого углекислого газа. В 2020 году Китай, Индия, США, Япония и другие развивающиеся экономики остались крупнейшими в мире источниками выбросов углекислого газа. Вместе на них приходится 49,5% населения, 61,8% мирового валового внутреннего продукта, 65,2% общего мирового потребления ископаемого топлива (BP, 2021(3)) и 66,7% общих мировых выбросов углекислого газа от ископаемого топлива [1]. С ростом осведомленности об изменении климата возрастает важность перехода на более чистые и устойчивые источники энергии. Помимо экономических, экологических и социальных преимуществ, солнечная энергия не выделяет парниковых газов или вредных побочных продуктов, что делает ее более востребованной. Солнечная энергия кажется гораздо более жизнеспособной, чем многие доступные варианты возобновляемой энергии из-за ее обилия, региональной изменчивости, непрерывного энергоснабжения, сокращения выбросов углекислого газа и более низкой стоимости производства электроэнергии [1]. Таким образом, произошел рост рынка солнечной энергетики.

За прошедшие годы были достигнуты успехи в области солнечной энергетики. Улучшения и широкая адаптация означают, что солнечная энергия становится дешевле и эффективнее. Около 4% всей энергии, производимой в Соединенных Штатах, приходится на солнечную энергию, что почти в 80 раз больше, чем десять лет назад. На его долю приходится 54% всех новых генерирующих мощностей. В результате солнечная индустрия поставила цель достичь 30% всей выработки энергии к 2030 году [2]. В настоящее время США являются вторым по величине производителем солнечной энергии в мире с установленной мощностью 108,7 ГВт постоянного тока (2021 г.). С 2008 года производство солнечной энергии выросло с 0,34 до 62,4 ГВт постоянного тока, продемонстрировав 75-кратное увеличение менее чем за десятилетие [3]. Соединенные Штаты становятся ведущим производителем солнечной энергии, и в этой статье обсуждаются будущие перспективы будущего рынка солнечной энергии на основе последних статистических данных. Эта статья также проливает свет на растущую важность солнечной энергии и достижение нулевых выбросов к 2050 году. Соединенные Штаты подразделяются на пять уровней в зависимости от их солнечного потенциала с использованием процесса аналитической иерархии и регрессионного анализа [3]. На рисунке 1 показан энергетический баланс в Соединенных Штатах с 2019 года, и можно заметить, что ископаемое топливо по-прежнему доминирует. Однако прогнозы показывают, что в 2050 году на солнечную энергию будет приходиться 48% выработки возобновляемой энергии по сравнению с нынешними 9% [3].

Рисунок 1: Первичные источники энергии в США (2019 г.) [3].

Фотовольтаика стала основным фактором продолжающегося энергетического перехода, но необходимы значительные улучшения для достижения более высокой эффективности и снижения оптических, квантовых и электрических потерь солнечных элементов. Сокращение потерь любого рода требует различных, часто передовых методов производства элементов и фотоэлектрических модулей. Фотоэлектрические элементы подразделяются на три поколения и делятся на различные подтипы в зависимости от свойств материала. Первое и второе поколения элементов имеют проблемы, связанные с высокими производственными затратами и меньшей эффективностью. Например, монокристаллические солнечные элементы первого поколения относительно дороже поликристаллических. И основным недостатком фотоэлектрических элементов из аморфного кремния является то, что в лабораториях максимальная достигнутая эффективность составляет около 12%. Стоимость снижается в основном в коммерческих масштабах и составляет от 4 до 6% [4]. Большое внимание уделяется элементам третьего поколения, которые включают в себя солнечные элементы, сенсибилизированные красителями, и тенденции эффективности показывают, что в ближайшие годы эффективность будет увеличиваться.

Сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC): DSSC представляют собой подкласс тонкопленочных солнечных элементов и являются отличной альтернативой кремниевым солнечным элементам благодаря менее сложному процессу производства и не препятствуют городскому или другому коммерческому применению. Он может эффективно собирать свет, уменьшать реакции рекомбинации, улучшать способность переноса заряда и увеличивать поглощение красителя. Принципиальная схема DSSC показана ниже на рисунке 2.