A kiini cha jua ni kifaa kinachogeuza mwanga wa jua moja kwa moja kuwa nishati ya umeme. Ubadilishaji huu unapatikana kwa kutumia athari ya photovoltaic katika nyenzo ya semiconductor, kwa kawaida silicon. Seli za jua ni sehemu muhimu ya teknolojia ya nishati mbadala na hutumiwa sana katika mifumo ya nishati ya jua.
Makala ifuatayo itakupa muhtasari wa historia ya kiini cha jua maendeleo na itaangazia rekodi muhimu za ufanisi hadi sasa.
Orodha ya Yaliyomo
Maendeleo ya seli za jua
Ainisho ya
Ufanisi wa seli za jua
Rekodi za ulimwengu za seli za jua kwa miaka
Tofauti kati ya maabara na ufanisi wa kibiashara
Mitindo kuu ya teknolojia ya seli za jua
Kumalizika kwa mpango wa
Maendeleo ya seli za jua
historia ya seli za jua ilianza mwishoni mwa miaka ya 1800, wakati wanasayansi waligundua kwamba vifaa fulani vya PV vinaweza kutoa mkondo wa umeme wakati wa mwanga. Lakini haikuwa hadi 1954 ambapo Bell Labs ilifanikiwa kutengeneza seli ya jua ya silicon ya kwanza. Katika miaka ya 1960, seli za jua zilianza kutumika kwa usambazaji wa nishati katika vyombo vya anga, na hivyo kuchochea maendeleo zaidi ya teknolojia yao.
Biashara na umaarufu ulianza katika miaka ya 1970, na kuibuka kwa shida ya nishati, seli za jua zilipata umakini zaidi kama chanzo cha nishati mbadala. Maendeleo ya teknolojia na gharama ya chini ya uzalishaji iliruhusu seli za jua kuanza kutumika sana katika matumizi ya kibiashara na makazi.
Ainisho ya
Silikoni ya monocrystalline seli za jua: zimetengenezwa kwa fuwele moja ya silikoni na zinafaa zaidi lakini zina gharama kubwa. Kwa kawaida huwa na ufanisi mkubwa wa ubadilishaji wa nishati na maisha marefu ya huduma.
Silicon ya polycrystalline seli za jua: iliyotengenezwa kutoka kwa fuwele nyingi ndogo za silicon, zina ufanisi kidogo kuliko silicon ya monocrystalline, lakini gharama ndogo.
Filamu nyembamba seli za jua: Silicon ya amofasi au vifaa vingine (kwa mfano, CdTe, CIGS) vimefunikwa kwa tabaka nyembamba sana kwenye substrate. Seli hizi ni za bei nafuu, lakini kwa kawaida hazifanyi kazi vizuri kuliko seli za silicon za fuwele.
New seli za jua: Hizi ni pamoja na seli hai za jua, seli za jua za chalcogenide, n.k., ambazo zinaweza kutoa gharama ya chini ya utengenezaji na uwezekano mpya wa matumizi. Seli za Chalcogenide, haswa, zinaweza kusababisha mafanikio mapya.
Ufanisi wa seli za jua
Seli ya jua ufanisi ni kipimo muhimu cha jinsi seli ya jua inavyobadilisha mwanga wa jua kuwa umeme kwa ufanisi. Hasa, ni uwiano wa nguvu za umeme zinazozalishwa na seli ya jua kwa nguvu inayopokea kutoka kwa mionzi ya jua. Kwa maneno mengine, inaelezea ni kiasi gani cha nishati ya jua inayoingizwa na seli ya jua inabadilishwa kwa ufanisi kuwa nishati ya umeme.
Umuhimu wa ufanisi wa seli za jua
Pato la nguvu: kadiri ufanisi ulivyo juu, ndivyo umeme unavyoongezeka kwa ukubwa sawa na seli ya jua inaweza kutoa chini ya hali sawa ya mwanga.
Ufanisi wa gharama: Kuongezeka kwa ufanisi hupunguza gharama ya kitengo cha umeme wa jua, na kufanya nishati ya jua kuwa na ushindani wa kiuchumi zaidi.
Matumizi ya nafasi: Seli za jua zenye ufanisi wa hali ya juu zinaweza kutoa umeme mwingi katika nafasi ndogo, ambayo ni muhimu sana kwa programu zinazobana nafasi kama vile mifumo ya jua ya paa au usakinishaji mdogo.
Mchakato wa kuboresha ufanisi
Ukuaji wa seli za jua zinaweza kugawanywa katika hatua tatu, ambayo kila moja ina mafanikio yake maalum ya kiteknolojia:
Awamu ya I: Seli za jua za silicon za fuwele
Hatua ya kwanza ya seli za jua inategemea hasa nyenzo za silicon za monocrystalline na polycrystalline. Seli za awali za silicon zilizouzwa kibiashara zilikuwa na ufanisi wa karibu 6%, lakini kwa uboreshaji wa teknolojia, seli za kisasa za silicon za monocrystalline zimeweza kufikia ufanisi wa zaidi ya 22% chini ya hali ya maabara.
Mchakato wa Mafanikio: Kuongezeka kwa ufanisi kunatokana na maendeleo ya kiteknolojia katika usafi wa silicon, uboreshaji wa muundo wa kimiani, kupunguzwa kwa uakisi, uboreshaji wa muundo wa elektroni, na kupunguza upotezaji wa nishati ndani ya seli.
Awamu ya II: Seli nyembamba za jua za filamu
hizi seli za jua ni pamoja na copper indium gallium selenide (CIGS), cadmium tellurium (CdTe) na seli za jua za silicon amofasi. Ufanisi wa kuanzia wa seli hizi nyembamba za filamu ni mdogo, kwa ujumla karibu 10%, lakini kwa maendeleo ya vifaa na teknolojia ya mchakato, ufanisi wa maabara ya seli za CIGS na CdTe umezidi 23%.
Hii inafanikiwa hasa kwa kuboresha uwezo wa kunyonya mwanga wa nyenzo nyembamba za filamu, kuboresha ufanisi wa usafiri wa carrier na kuboresha muundo wa seli.
Awamu ya III: Seli za jua za titaniti ya Calcium
Titani ya kalsiamu seli za jua ni kundi linalokua kwa kasi zaidi la seli za jua katika miaka ya hivi karibuni. Tangu ripoti yake ya kwanza mwaka 2009, ufanisi wake umeongezeka kwa kasi kutoka 3.8% ya awali hadi zaidi ya 33.9% leo.
Kuongezeka kwa kasi kwa ufanisi kunachangiwa na faida za kipekee za nyenzo za chalcogenide, kama vile mgawo wa juu wa kunyonya mwanga, mapengo yanayoweza kurekebishwa na michakato rahisi ya kutengeneza.
Rekodi za ulimwengu za seli za jua kwa miaka
Hatua changa ya maendeleo (2009-2012)
2009, ufanisi wa ubadilishaji wa nishati 3.5%: Mwanasayansi wa Kijapani Miyasaka alitumia nyenzo ya chalcogenide kwa seli za jua zilizohamasishwa na rangi kama nyenzo ya kunyonya mwanga, lakini nyenzo hiyo haikuwa thabiti na haikufaulu baada ya dakika chache.
2011, ufanisi wa ubadilishaji wa nishati 6.5%: Nam-Gyu Park, Chuo Kikuu cha Sungkyunkwan, Korea Kusini, iliboresha teknolojia ya seli za jua za chalcogenide, na kuongeza kwa kasi ufanisi wa uongofu wa photoelectric, lakini nyenzo bado hazina utulivu kutokana na electrolyte ya kioevu bado inatumiwa, na ufanisi ulipunguzwa kwa 80% baada ya dakika chache.
2012, ufanisi wa ubadilishaji wa nishati 10%: Kikundi cha Chuo Kikuu cha Oxford Henry Snaith kilianzisha nyenzo za usafiri Spiro-OMeTA, kiligundua hali dhabiti ya seli ya chalcogenide, kiliboresha zaidi ufanisi wa uongofu na utendaji wa photovoltaic haukuoza baada ya saa 500, na kuonyesha utendakazi bora wa uthabiti.
Hatua ya awali ya maendeleo (2012-2015)
Katika 2012, Henry Snaith wa Chuo Kikuu cha Oxford alibadilisha TiO2 kwenye seli na alumini (A1203), na tangu wakati huo calcite imekuwa sio tu safu ya kunyonya ya mwanga katika seli, lakini pia ilitumika kama nyenzo ya semiconductor kwa kuhamisha malipo ya umeme.
Katika 2013, chalcogenide ilichaguliwa kuwa mojawapo ya mafanikio 10 bora ya kisayansi katika Sayansi 2013.
Mnamo 2015, ufanisi wa ubadilishaji wa nishati wa 15%: Uchina, Japan na Uswizi zilishirikiana kutengeneza seli za jua za chalcogenide za eneo kubwa (eneo la kazi la zaidi ya 1 CM2), ambazo ziliidhinishwa na mamlaka ya kimataifa.
Hatua ya maendeleo ya haraka (2016-sasa)
2016, ufanisi wa ubadilishaji wa nishati 19.6%: Kikundi cha Prof. Gratzel katika Taasisi ya Teknolojia ya Shirikisho la Uswizi huko Lausanne kiliongeza ufanisi ulioidhinishwa hadi 19.6%.
2018, ufanisi wa ubadilishaji wa nishati 23.7%: Taasisi ya Utafiti wa Semiconductor ya Chuo cha Sayansi ya Kichina ilipendekeza upitishaji chumvi ya kikaboni ya kasoro za uso wa chalcogenide, mtawalia kuongeza ufanisi wa ubadilishaji hadi 23.3% na 23.7%.
2021, ufanisi wa ubadilishaji wa nishati 29.8%: Kituo cha Helmholtz Berlin (HZB) kilitengeneza ufanisi wa ubadilishaji wa betri ya chalcogenide sanjari wa 29.8%, na kuzidi kikomo cha ufanisi cha makutano tofauti tofauti (HJT), TOPCon na teknolojia nyingine ya silicon ya fuwele.
2022, ufanisi wa ubadilishaji wa nishati wa 31.3%: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) na Kituo cha Uswisi cha Elektroniki na Mikroteknolojia (CSEM) wameunda seli za picha za chalcogenide-silicon zilizorundikwa kwa ufanisi wa ubadilishaji wa 31.3%.
2023, ufanisi wa ubadilishaji wa nishati 33.9%: Ufanisi wa seli iliyorundikwa kwa silicon-calcite ya fuwele iliyotengenezwa kwa kujitegemea na kampuni ya LONGi Green Energy Technology Co. ya China inafikia 33.9%, na kupita kikomo cha ufanisi wa nadharia ya Shockley-Quayther (SQ) cha 33.7% kwa seli za makutano moja.
Tofauti kati ya maabara na ufanisi wa kibiashara
Ufanisi wa maabara na ufanisi wa kibiashara ni vipimo viwili tofauti vya kutathmini utendakazi wa seli za jua, na kuna tofauti kadhaa muhimu kati yao:
Ufanisi wa maabara
Ufafanuzi:
Ufanisi wa maabara ni ufanisi wa juu wa a kiini cha jua kipimo chini ya hali bora za maabara. Kwa kawaida hii huhusisha hali za kawaida za majaribio (STC) kama vile kiwango cha mwanga mahususi (1000 W/m²), usambazaji maalum wa spectral na halijoto isiyobadilika (kawaida 25°C).
Tabia:
Ufanisi wa maabara kwa kawaida hupimwa chini ya hali za majaribio zilizoboreshwa ambazo huwekwa ili kuongeza utendaji wa seli.
Ufanisi kama huo kwa kawaida hupimwa kwa seli mahususi au sampuli ndogo za seli, badala ya paneli nzima ya jua au mfumo.
Ufanisi wa maabara huonyesha kikomo cha juu cha uwezo wa kiufundi wa seli ya jua.
Ufanisi wa kibiashara
Ufafanuzi:
Ufanisi wa kibiashara ni wastani wa ufanisi wa seli za jua au paneli za jua zinazozalishwa na kuwekwa katika matumizi ya soko. Ni kiwango cha utendaji ambacho watumiaji wanaweza kutarajia wakati wa kununua na kutumia mfumo wa seli za jua.
Tabia:
Ufanisi wa ufanyaji biashara kwa kawaida ni wa chini kuliko ufanisi wa maabara kwa sababu ni lazima uzingatie vipengele mbalimbali vya vitendo katika mchakato wa uzalishaji kwa wingi, kama vile utofauti wa nyenzo, ustahimilivu wa utengenezaji, na kutegemewa kwa muda mrefu.
Ufanisi huu hupimwa chini ya hali karibu na hali halisi ya uendeshaji, ikiwa ni pamoja na hali ya joto tofauti, hali ya mwanga, na kivuli kinachowezekana.
Ufanisi wa kibiashara huakisi zaidi utendaji halisi wa seli za jua katika matumizi ya kila siku.
Tofauti
ufanisi: Ufanisi wa maabara kwa kawaida ni wa juu kuliko ufanisi wa kibiashara kwa sababu unapatikana chini ya hali bora.
maombi: Ufanisi wa maabara unatumika zaidi katika utafiti na maendeleo ili kukuza mafanikio ya teknolojia mpya; wakati ufanisi wa kibiashara unazingatia utendaji halisi wa bidhaa na ushindani wa soko.
Gharama: Wakati ufanisi wa kibiashara unapatikana, gharama ya uzalishaji na uwezekano wa uzalishaji mkubwa pia unahitaji kuzingatiwa, ambayo kwa kawaida sio jambo kuu katika uamuzi wa ufanisi wa maabara.
Mitindo kuu ya teknolojia ya seli za jua
Mafanikio yajayo ndani kiini cha jua teknolojia inajikita katika kuboresha ufanisi, kupunguza gharama, kuimarisha uimara na kukabiliana na mahitaji ya matumizi mbalimbali. Ufuatao ni mtazamo wa kina juu ya mitindo hii:
Kuongezeka kwa ufanisi wa ubadilishaji wa nishati
Seli za jua zenye makutano mengi: Kwa kuweka nyenzo za semiconductor na mapengo tofauti, seli za jua zenye makutano mengi zinaweza kunyonya bendi pana ya mwanga wa jua, na hivyo kuboresha ufanisi wa jumla. Seli zaidi za makutano-tatu na hata seli za jua za makutano-nne zinaweza kuonekana katika siku zijazo.
Mchanganyiko wa chalcogenide na silicon: Mchanganyiko wa seli za jua za chalcogenide na seli za silicon za kawaida kuunda seli za mseto au zilizorundikwa za jua zinaweza kutoa ufanisi wa juu na mwitikio bora wa taswira.
Kupunguza gharama na kuboresha uendelevu
Uzalishaji wa kuongeza: Gharama ya utengenezaji wa seli za jua inatarajiwa kupungua zaidi kadiri teknolojia inavyozidi kukomaa na uzalishaji wa kiwango cha juu unafikiwa.
Nyenzo zinazoweza kufanywa upya: Utafiti na uundaji wa nyenzo rafiki zaidi wa mazingira, zinazoweza kutumika tena na kupunguza utegemezi wa nyenzo adimu na zenye sumu zitasaidia kuboresha uendelevu wa mazingira wa seli za jua.
Kuimarishwa kwa kudumu na kuegemea
Kuboresha utulivu wa muda mrefu: Watafiti wanalenga kuboresha utulivu wa muda mrefu na upinzani wa hali ya hewa wa seli za jua ili kukabiliana na hali mbalimbali za mazingira na kupanua maisha yao.
Nyenzo za kujiponya: Tengeneza nyenzo za seli za jua ambazo zinaweza kujirekebisha uharibifu mdogo ili kudumisha ufanisi wa juu wa muda mrefu.
Kumalizika kwa mpango wa
Uboreshaji wa ufanisi wa seli za jua imeingia katika hatua ya haraka, hasa kwa matumizi ya vitendo ya seli za chalcogenide ambazo zitaleta uhai mpya kwenye uwanja huu. Uboreshaji unaoendelea wa ufanisi wa seli za jua ni jambo kuu linaloendesha maendeleo ya teknolojia ya jua na kupitishwa kwa soko.
Kupitia ubunifu katika sayansi ya nyenzo, muundo wa hali ya juu wa seli na maendeleo katika teknolojia ya utengenezaji, seli za jua zinakuwa bora zaidi, za gharama nafuu na za kuaminika. Pamoja na maboresho zaidi katika ufanisi na utumiaji wa teknolojia mpya, tunaweza kutarajia kwamba watatoa suluhisho za nishati za kuaminika na za gharama nafuu kwa nyumba na biashara.
Mwishowe, nenda kwa Cooig.com kuchunguza aina mbalimbali za mienendo ya nishati mbadala na kuvinjari orodha ya matoleo ya bidhaa, ikiwa ni pamoja na seli za jua kwa matumizi ya nyumbani na biashara.
