Plonasluoksnės saulės baterijos: ką reikia žinoti
Plonasluoksnės saulės baterijos vis dažniau reklamuojamos kaip patraukli alternatyva įprastoms kristalinio silicio pagrindu pagamintoms saulės baterijoms. Ši technologija turi tam tikrų privalumų – nuo mažesnio svorio iki montavimo lankstumo, – tačiau ji turi apribojimų, kuriuos turėtumėte suprasti prieš nuspręsdami jas naudoti. Šiame straipsnyje aptariama, kas yra plonasluoksnės saulės baterijos, kaip jos veikia, jų tipai, privalumai ir trūkumai bei rekomenduojami naudojimo būdai.
Kas yra plonasluoksnė saulės baterija?
Plonasluoksnės saulės baterijos yra fotovoltiniai moduliai, pagaminti ant pagrindo, pvz., stiklo, metalo ar plastiko, paviršiaus uždedant labai ploną puslaidininkinės medžiagos sluoksnį (mikrometro skalėje). Skirtingai nuo kristalinio silicio plokščių (monokristalinių ir polikristalinių), kuriose naudojamos storos, standžios silicio plokštelės, plonasluoksnės plokštės „purškia“ arba „nudegina“ aktyviąją medžiagą sluoksniais, todėl moduliai yra lengvesni ir dar lankstesni.
Paprastai tariant, plonasluoksnės plokštės saulės šviesą paverčia elektra per fotovoltinį efektą: fotonai (šviesos dalelės) atsitrenkia į puslaidininkį, išskirdami elektronus ir gamindami nuolatinę srovę (DC), kurią vėliau galima naudoti tiesiogiai, kaupti baterijoje arba konvertuoti į kintamąją srovę (AC) per keitiklį namams ir verslui.
Kaip veikia plonasluoksnės saulės baterijos?
Veikimo principas yra toks pat kaip ir kitų saulės baterijų, tačiau plonasluoksnė struktūra sukuria keletą skirtumų jų charakteristikose. Paprastai plonasluoksnes plokštes sudaro:
1. Pagrindas: pagrindas, ant kurio sukraunami sluoksniai, gali būti stiklas, nerūdijantis plienas arba lankstus polimeras.
2. Skaidrus laidininko sluoksnis (TCO): praleidžia šviesą, tuo pačiu metu praleisdamas elektros srovę.
3. Aktyvus puslaidininkinis sluoksnis: pagrindinė dalis, kuri sugeria šviesą ir generuoja elektronus.
4. Galinis kontaktinis sluoksnis: uždaro grandinę ir nukreipia srovę iš ląstelės.
Dėl plonų sluoksnių plonasluoksnės plokštės dažnai veikia santykinai geriau esant prastam apšvietimui arba aukštai temperatūrai nei kai kurios kristalinės plokštės. Tačiau jų didžiausias efektyvumas paprastai yra mažesnis.
Plonasluoksnių saulės baterijų tipai
Rinkoje yra kelios pagrindinės plonasluoksnių plokščių technologijos:
1. Kadmio telūridas (CdTe)
CdTe yra viena iš labiausiai išvystytų ir plačiausiai masiškai gaminamų plonasluoksnių technologijų. CdTe plokštės yra žinomos dėl konkurencingų gamybos sąnaudų ir gerų eksploatacinių savybių aukštoje temperatūroje.
Svarbi pastaba: CdTe sudėtyje yra kadmio – toksiško sunkiojo metalo. Gamintojai paprastai taiko perdirbimo ir nebenaudojamų gaminių tvarkymo sistemas, kad sumažintų poveikį aplinkai, tačiau tai vis tiek svarbu.
2. Vario indžio galio selenidas (CIGS)
CIGS pasižymi efektyvumu, kuris tam tikromis sąlygomis gali prilygti kai kurioms kristalinėms plokštėms, ir gali būti lankstesnis. Ši technologija dažnai naudojama tais atvejais, kai reikia lengvų arba neįprastų formų gaminių.
Neigiama pusė yra ta, kad CIGS gamyba gali būti sudėtingesnė, o kai kurių medžiagų (pvz., indžio ir galio) prieinamumas gali būti sąnaudų arba tiekimo grandinės problema.
3. Amorfinis silicis (a-Si)
Amorfinis silikonas yra „plonasluoksnė“ silicio versija, tačiau jo struktūra nėra kristalinė. Ši technologija plačiai naudojama mažuose įrenginiuose (pavyzdžiui, saulės energija varomuose skaičiuotuvuose) ir kai kuriose statybose.
Neigiama pusė yra ta, kad jų efektyvumas paprastai yra mažesnis ir jie gali patirti pradinį degradaciją (dažnai vadinamą Staebler-Wronski efektu), kuri sumažina našumą po pradinio naudojimo, nors vėliau jis stabilizuojasi.
Plonasluoksnių saulės baterijų privalumai
Štai keletas privalumų, dėl kurių dažnai pasirenkamos plonos plėvelės plokštės:
1. Lengvesnis svoris
Dėl daug plonesnių aktyviųjų medžiagų naudojimo ir įvairių substrato variantų, plonasluoksnės plokštės dažnai yra lengvesnės nei kristalinės plokštės. Tai naudinga stogams su specifiniais apkrovos apribojimais arba konstrukcijoms, kurios netinka sunkiems moduliams.
2. Lankstus ir lengvai integruojamas
Kai kurios plonasluoksnės plokštės gali būti pagamintos iš lankstumo ir prisitaikyti prie paviršiaus kontūrų. Tai svarbu tokiose srityse kaip lenkti stogai, transporto priemonės, laivai, konteineriai arba montavimas ant nelygių paviršių.
3. Geresnis veikimas esant aukštai temperatūrai ir prastam apšvietimui (priklausomai nuo technologijos)
Tam tikros plonasluoksnės plokštės pasižymi geresniu temperatūros koeficientu, o tai reiškia, kad jos gali sumažinti galios nuostolius kylant temperatūrai. Karštose vietose tai gali padidinti metinę energijos gamybą (kWh), nepaisant mažesnio modulio efektyvumo.
4. Vienodesnė išvaizda
Estetiškai plonasluoksnės plokštės dažnai atrodo „švaresnės“ su santykinai vienodomis spalvomis. Architektūriniuose projektuose ar komerciniuose pastatuose šis vizualinis aspektas gali būti svarbus.
Plonasluoksnių saulės baterijų trūkumai
Nors plonos plėvelės atrodo patraukliai, jos nėra geriausias sprendimas visose situacijose. Dažniausi trūkumai:
1. Mažesnis vidutinis efektyvumas
Mažesnis efektyvumas reiškia, kad jums reikia didesnio ploto, kad pagamintumėte tą pačią energiją, palyginti su monokristalinėmis plokštėmis. Jei jūsų stogo erdvė ribota, kristalinės plokštės dažnai yra prasmingesnės.
2. Erdvės reikalavimai ir tvirtinimo konstrukcija
Kadangi plonasluoksnėms sistemoms reikia didesnių plotų, joms gali prireikti išsamesnių tvirtinimo konstrukcijų, ilgesnių kabelių ir tikslesnio šešėliavimo planavimo, kad būtų išvengta gamybos sutrikimų.
3. Degradacija ir tarnavimo laikas skiriasi
Plonasluoksnių plokščių kokybė ir patvarumas labai priklauso nuo gamintojo ir technologijos. Kai kurie produktai pasižymi geru patvarumu, tačiau apskritai reikėtų atidžiai patikrinti eksploatacinių savybių garantijos duomenis, metinius nusidėvėjimo rodiklius ir gamintojo reputaciją.
4. Medžiagų ir perdirbimo klausimai
CdTe naudoja kadmį, o CIGS – gana retą medžiagą. Tai nebūtinai reiškia, kad jie yra „blogi“, tačiau reikalauja atsakingo perdirbimo ir tiekimo grandinės valdymo.
Kada verta rinktis plonasluoksnes saulės baterijas?
Plonasluoksnės saulės baterijos paprastai tinka šiomis sąlygomis:
1. Galimi dideli paviršiai: pavyzdžiui, sandėlių stogai, gamyklos, atviri laukai arba didelės stoginės.
2. Ribotos konstrukcinės apkrovos: pastatai, kurių stogai netinka sunkioms plokštėms.
3. Lankstumo reikalavimai: montavimas ant išlenktų paviršių arba mobilios paskirties.
4. Karštas klimatas: kai kuriais atvejais metinė energijos gamyba gali būti konkurencinga dėl geresnių temperatūros parametrų.
5. Pastatų integravimas (BIPV): plonas plėveles lengviau integruoti į pastato elementus, tokius kaip tam tikri fasadai, specialūs stoglangiai arba „dvigubos funkcijos“ statybinės medžiagos.
Kita vertus, jei turite ribotą stogo plotą ir norite maksimaliai padidinti energiją kvadratiniam metrui, monokristalinės plokštės paprastai yra pranašesnės.
Dalykai, kuriuos reikia patikrinti prieš perkant
Prieš pasirinkdami ploną plėvelę, apsvarstykite šiuos praktinius dalykus:
– Modulių efektyvumas ir ploto reikalavimai: apskaičiuokite galios reikalavimus (kWp) ir laisvą erdvę.
– Temperatūros koeficientas ir našumas jūsų vietoje: paprašykite duomenų lapo ir metinės gamybos modeliavimo.
– Produkto garantija ir veikimo garantija: atkreipkite dėmesį į galiojimo laiką, nusidėvėjimo ribas ir pretenzijų sąlygas.
– Sertifikavimas: ieškokite gaminių, kurie atitinka bandymų standartus (pvz., IEC) ir yra suderinami su keitikliu.
– Gamintojo reputacija ir aptarnavimas po pardavimo: įskaitant atsarginių dalių ir aptarnavimo prieinamumą.
– Perdirbimo planas: svarbu užtikrinti, kad pasibaigus modulių naudojimo laikui su jais būtų elgiamasi tinkamai.
Išvada
Plonasluoksnės saulės baterijos yra fotovoltinė technologija, pasižyminti lengvumu, potencialiu lankstumu ir stabilesniu veikimu aukštoje temperatūroje arba nepalankiomis apšvietimo sąlygomis. Tačiau reikėtų atsižvelgti į galimą mažesnį efektyvumą, didesnius ploto reikalavimus ir medžiagų bei gaminių garantijos problemas.
Jei turite didelį paviršiaus plotą, jums reikia lengvų modulių arba norite sprendimo, kurį būtų lengviau integruoti į jūsų pastato projektą, plonasluoksnės plokštės gali būti puikus pasirinkimas. Tačiau namams su ribotu stogo plotu ir dideliais energijos poreikiais kristalinio silicio plokštės, ypač monokristalinės, dažnai yra efektyvesnės erdvės požiūriu. Svarbiausia yra pritaikyti technologiją prie jūsų poreikių, vietos ir finansinių tikslų.
Jei pageidaujate, galiu padėti jums apskaičiuoti numatomą galios (kWp) poreikį, įrengimo plotą ir numatomą metinę energijos gamybą, atsižvelgiant į jūsų miestą / vietą, stogo tipą ir mėnesinį elektros energijos suvartojimą.
