A Güneş pili güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren bir cihazdır. Bu dönüşüm, genellikle silikon olan yarı iletken bir malzemede fotovoltaik etkinin kullanılmasıyla elde edilir. Güneş pilleri yenilenebilir enerji teknolojilerinin önemli bir bileşenidir ve güneş enerjisi sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Aşağıdaki makale size tarihi hakkında genel bir bakış sunacaktır. Güneş pili geliştirme ve bugüne kadarki önemli verimlilik kayıtlarını vurgulayacaktır.
İçindekiler
Güneş pillerinin gelişimi
Sınıflandırma
Güneş pili verimliliği
Yıllar boyunca güneş pilleri için dünya rekorları
Laboratuvar ve ticari verimlilik arasındaki fark
Güneş pili teknolojisindeki temel trendler
Tamamlayan
Güneş pillerinin gelişimi
Tarihi Güneş hücreleri bilim adamlarının belirli PV malzemelerinin ışığa maruz kaldığında elektrik akımı üretebildiğini keşfettiği 1800'lü yılların sonlarına kadar uzanıyor. Ancak Bell Labs'ın ilk pratik silikon güneş pilini başarıyla geliştirmesi ancak 1954 yılında mümkün oldu. 1960'lı yıllarda güneş pilleri uzay araçlarına enerji sağlamak için kullanılmaya başlandı ve bu da teknolojilerinin daha da gelişmesini sağladı.
1970'li yıllarda enerji krizinin ortaya çıkmasıyla birlikte ticarileşme ve yaygınlaşma başladı, güneş pilleri yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak daha fazla ilgi görmeye başladı. Teknolojideki ilerlemeler ve daha düşük üretim maliyetleri, güneş pillerinin ticari ve konut uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaya başlamasını sağladı.
Sınıflandırma
Monokristalin silikon Güneş hücreleri: tek bir silikon kristalinden yapılırlar ve daha verimlidirler ancak nispeten maliyetlidirler. Tipik olarak yüksek enerji dönüşüm verimliliğine ve uzun hizmet ömrüne sahiptirler.
Polikristalin silikon Güneş hücreleri: çok sayıda küçük silikon kristalinden yapılmış olup, monokristalin silikondan biraz daha az verimlidirler, ancak daha az maliyetlidirler.
İnce tabaka Güneş hücreleri: Amorf silikon veya diğer malzemeler (örneğin, CdTe, CIGS) bir alt tabaka üzerinde çok ince tabakalar halinde kaplanır. Bu hücreler daha ucuzdur ancak genellikle kristalin silikon hücrelerden daha az verimlidir.
yeni Güneş hücreleri: Bunlar arasında daha düşük üretim maliyetleri ve yeni uygulama olanakları sunabilecek organik güneş pilleri, kalkojenit güneş pilleri vb. yer alır. Özellikle Kalkojenit hücreleri yeni buluşlara yol açabilir.
Güneş pili verimliliği
Güneş pili Verimlilik, bir güneş pilinin güneş ışığını ne kadar verimli bir şekilde elektriğe dönüştürdüğünün önemli bir ölçüsüdür. Spesifik olarak, bir güneş pilinin ürettiği elektrik gücünün, güneş ışınımından aldığı güce oranıdır. Başka bir deyişle, güneş pili tarafından emilen güneş enerjisinin ne kadarının verimli bir şekilde elektrik enerjisine dönüştürüldüğünü açıklar.
Güneş pili verimliliğinin önemi
Güç çıkışı: Verimlilik ne kadar yüksek olursa, aynı büyüklükteki güneş pili aynı ışık koşullarında o kadar fazla elektrik üretebilir.
Maliyet etkinliği: Artan verimlilik, güneş enerjisinin birim maliyetini azaltarak güneş enerjisini ekonomik açıdan daha rekabetçi hale getirir.
Alan kullanımı: Yüksek verimli güneş pilleri, sınırlı bir alanda daha fazla elektrik üretebilir; bu, özellikle çatı üstü güneş enerjisi sistemleri veya küçük kurulumlar gibi alanın kısıtlı olduğu uygulamalar için önemlidir.
Verimlilik iyileştirme süreci
Güneş pillerinin gelişimi, her biri kendine özgü teknolojik gelişmelere sahip olan üç aşamaya ayrılabilir:
Aşama I: Kristalin silikon güneş pilleri
İlk aşaması Güneş hücreleri esas olarak monokristalin ve polikristalin silikon malzemelere dayanmaktadır. Başlangıçta ticarileştirilmiş silikon güneş pillerinin verimliliği %6 civarındaydı, ancak teknolojik gelişmelerle birlikte modern monokristal silikon güneş pilleri laboratuvar koşullarında %22'nin üzerinde verimliliğe ulaşmayı başardı.
Başarı süreci: Verimlilikteki artış temel olarak silikon saflığındaki teknolojik ilerlemelerden, kafes yapısının optimizasyonundan, yansıtmanın azaltılmasından, elektrot tasarımının iyileştirilmesinden ve hücre içindeki enerji kaybının azaltılmasından kaynaklanmaktadır.
Aşama II: İnce film güneş pilleri
Bunlar Güneş hücreleri bakır indiyum galyum selenit (CIGS), kadmiyum tellür (CdTe) ve amorf silikon güneş pillerini içerir. Bu ince film hücrelerinin başlangıç verimliliği düşüktür, genellikle %10 civarındadır, ancak malzemelerin ve proses teknolojisinin gelişmesiyle birlikte CIGS ve CdTe hücrelerinin laboratuvar verimliliği %23'ü aşmıştır.
Bu esas olarak ince film malzemelerinin ışık emme yeteneğinin geliştirilmesi, taşıyıcı taşıma verimliliğinin arttırılması ve hücre yapısının optimize edilmesiyle elde edilir.
Aşama III: Kalsiyum titanit güneş pilleri
Kalsiyum titanit Güneş hücreleri son yıllarda en hızlı büyüyen güneş pili sınıfıdır. 2009'daki ilk raporundan bu yana verimliliği başlangıçtaki %3.8'den bugün %33.9'un üzerine hızla yükseldi.
Verimlilikteki hızlı artış, kalkojenit malzemelerin yüksek ışık emme katsayıları, ayarlanabilir bant aralıkları ve basit üretim süreçleri gibi benzersiz avantajlarına bağlanıyor.
Yıllar boyunca güneş pilleri için dünya rekorları
Gelişimin başlangıç aşaması (2009~2012)
2009, enerji dönüşüm verimliliği %3.5: Japon bilim adamı Miyasaka, ışığı emen bir malzeme olarak boyaya duyarlı güneş pilleri için kalkojenit malzemesini kullandı, ancak malzeme kararsızdı ve birkaç dakika sonra başarısız oldu.
2011, enerji dönüşüm verimliliği %6.5: Güney Kore, Sungkyunkwan Üniversitesi'nden Nam-Gyu Park, kalkojenit güneş pilleri teknolojisini geliştirerek fotoelektrik dönüşüm verimliliğini önemli ölçüde artırdı, ancak hala kullanılan sıvı elektrolit nedeniyle malzeme hala kararsız ve verimlilik %80 azaldı. birkaç dakika.
2012, enerji dönüşüm verimliliği %10: Oxford Üniversitesi Henry Snaith'in grubu taşıma malzemesi Spiro-OMeTA'yı tanıttı, kalkojenit hücresinin katı durumunu fark etti, dönüşüm verimliliğini daha da geliştirdi ve fotovoltaik performans 500 saat sonra bariz bir şekilde bozulmadı, bu da mükemmel stabilite performansı sergiledi.
İlk geliştirme aşaması (2012~2015)
2012 içindeOxford Üniversitesi'nden Henry Snaith, hücredeki TiO2'yi alüminyumla (A1203) değiştirdi ve o zamandan beri kalsit, hücrede yalnızca ışığı soğuran bir katman olmakla kalmadı, aynı zamanda elektrik yükünü aktarmak için yarı iletken bir malzeme olarak da hizmet etti.
2013 içindeKalkojenit, Science 10'te en iyi 2013 bilimsel buluştan biri olarak seçildi.
2015 yılında %15 enerji dönüşüm verimliliği: Çin, Japonya ve İsviçre, uluslararası otoriteler tarafından onaylanmış, geniş alanlı (çalışma alanı 1 CM2'den fazla) kalkojenit güneş pilleri yapmak için iş birliği yaptı.
Hızlı geliştirme aşaması (2016-günümüz)
2016, enerji dönüşüm verimliliği %19.6: Prof. Gratzel'in Lozan'daki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü'ndeki grubu sertifikalı verimliliği %19.6'ya çıkardı.
2018, enerji dönüşüm verimliliği %23.7: Çin Bilimler Akademisi Yarı İletken Araştırma Enstitüsü, kalkojen yüzey kusurlarının organik tuzla pasifleştirilmesini önerdi ve dönüşüm verimliliğini sırasıyla %23.3 ve %23.7'ye çıkardı.
2021, enerji dönüşüm verimliliği %29.8: Helmholtz Center Berlin (HZB), heterojen bağlantı (HJT), TOPCon ve diğer kristalin silikon teknolojisinin verimlilik sınırını aşan %29.8 oranında kalkojenit tandem pil dönüşüm verimliliği geliştirdi.
2022, %31.3 enerji dönüşüm verimliliği: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ve İsviçre Elektronik ve Mikroteknoloji Merkezi (CSEM), %31.3 dönüşüm verimliliğine sahip kalkojenit-silikon yığınlı fotovoltaik hücreler yarattı.
2023, enerji dönüşüm verimliliği %33.9: Çin'in LONGi Green Energy Technology Co. tarafından bağımsız olarak geliştirilen kristalin silikon-kalsit yığınlı hücrenin verimliliği, tek bağlantı hücreleri için Shockley-Quayther (SQ) teorik verimlilik limiti olan %33.9'yi aşarak %33.7'a ulaşıyor.
Laboratuvar ve ticari verimlilik arasındaki fark
Laboratuvar verimliliği ve ticarileştirme verimliliği, güneş pili performansını değerlendirmek için iki farklı ölçümdür ve aralarında bazı önemli farklar vardır:
laboratuvar verimliliği
Tanım:
Laboratuvar verimliliği bir laboratuvarın maksimum verimliliğidir. Güneş pili ideal laboratuvar koşulları altında ölçülmüştür. Bu genellikle belirli bir ışık yoğunluğu (1000 W/m²), belirli bir spektral dağılım ve sabit bir sıcaklık (genellikle 25°C) gibi standart test koşullarını (STC) içerir.
özellikleri:
Laboratuvar verimlilikleri tipik olarak hücre performansını en üst düzeye çıkaracak şekilde ayarlanmış optimize edilmiş test koşulları altında ölçülür.
Bu tür verimlilikler genellikle tüm güneş paneli veya sistemi yerine tek tek hücreler veya küçük hücre örnekleri için ölçülür.
Laboratuvar verimlilikleri bir güneş pilinin teknik potansiyelinin üst sınırını yansıtır.
Ticarileştirme verimliliği
Tanım:
Ticarileştirme verimliliği ortalama verimliliktir. Güneş hücreleri veya fiilen üretilip piyasaya sunulan güneş panelleri. Tüketicilerin bir güneş pili sistemi satın alırken ve kullanırken bekleyebilecekleri performans düzeyidir.
özellikleri:
Ticarileştirme verimliliği genellikle laboratuvar verimliliğinden daha düşüktür çünkü seri üretim sürecinde malzeme farklılıkları, üretim toleransları ve uzun vadeli güvenilirlik gibi çeşitli pratik faktörlerin dikkate alınması gerekir.
Bu verimlilik, değişen sıcaklıklar, ışık koşulları ve olası gölgeleme dahil olmak üzere gerçek çalışma koşullarına daha yakın koşullar altında ölçülür.
Ticarileştirilmiş verimlilikler, güneş pillerinin günlük kullanımdaki gerçek performansını daha fazla yansıtır.
Farklar
Verimlilik: İdeal koşullar altında elde edildiğinden laboratuvar verimliliği genellikle ticari verimlilikten daha yüksektir.
Uygulama: Laboratuvar verimliliği, yeni teknoloji atılımlarını teşvik etmek için araştırma ve geliştirmede daha çok kullanılmaktadır; ticarileştirilmiş verimlilik ise gerçek ürün performansına ve pazar rekabet gücüne odaklanır.
Maliyet: Ticarileştirilmiş verimliliğe ulaşıldığında, üretim maliyetinin ve büyük ölçekli üretimin fizibilitesinin de dikkate alınması gerekir; bu genellikle laboratuvar verimliliğinin belirlenmesinde önemli bir husus değildir.
Güneş pili teknolojisindeki temel trendler
Gelecekteki atılımlar Güneş pili Teknoloji verimliliği artırmaya, maliyetleri azaltmaya, dayanıklılığı artırmaya ve çeşitli uygulamaların ihtiyaçlarına uyum sağlamaya odaklanıyor. Aşağıda bu eğilimlere ilişkin ayrıntılı bir görünüm yer almaktadır:
Artan enerji dönüşüm verimliliği
Çok eklemli güneş pilleri: Çok eklemli güneş pilleri, farklı bant aralıklarına sahip yarı iletken malzemeleri istifleyerek daha geniş bir güneş ışığı bandını emebilir ve böylece genel verimliliği artırabilir. Gelecekte daha fazla üçlü eklemli ve hatta dört eklemli güneş pilleri görülebilir.
Kalkojenit ve silikon kombinasyonu: Hibrit veya istiflenmiş güneş pilleri oluşturmak için kalkojenit güneş pillerinin geleneksel silikon hücrelerle kombinasyonu, daha yüksek verimlilik ve daha iyi spektral tepki sunabilir.
Maliyetleri azaltmak ve sürdürülebilirliği artırmak
Ölçeklenebilir üretim: Teknoloji olgunlaştıkça ve ölçekli üretim gerçekleştikçe güneş pili üretim maliyetinin daha da düşmesi bekleniyor.
Yenilenebilir malzemeler: Daha çevre dostu, geri dönüştürülebilir malzemelerin araştırılması ve geliştirilmesi ile nadir ve toksik malzemelere olan bağımlılığın azaltılması, güneş pillerinin çevresel sürdürülebilirliğinin iyileştirilmesine yardımcı olacaktır.
Gelişmiş dayanıklılık ve güvenilirlik
Uzun vadeli istikrarı iyileştirin: Araştırmacılar, çeşitli çevresel koşullarla başa çıkmak ve ömrünü uzatmak için güneş pillerinin uzun vadeli stabilitesini ve hava koşullarına karşı direncini artırmayı amaçlıyor.
Kendi kendini onaran malzemeler: Uzun vadede yüksek verimliliği korumak için küçük hasarları kendi kendine onarabilen güneş pili malzemeleri geliştirin.
Tamamlayan
Verimliliğin iyileştirilmesi Güneş hücreleri Özellikle bu alana yeni bir canlılık kazandıracak olan kalkojenit hücrelerinin pratik olarak kullanılmasıyla hızlı bir aşamaya girmiştir. Güneş pili verimliliğindeki sürekli iyileştirme, güneş enerjisi teknolojisinin gelişimini ve pazarın benimsenmesini yönlendiren önemli bir faktördür.
Malzeme bilimindeki yenilikler, gelişmiş hücre tasarımı ve üretim teknolojisindeki ilerleme sayesinde güneş pilleri daha verimli, uygun maliyetli ve güvenilir hale geliyor. Verimlilikteki daha fazla iyileştirme ve yeni teknolojilerin uygulanmasıyla, ev ve işyerleri için daha güvenilir ve uygun maliyetli enerji çözümleri sağlamalarını bekleyebiliriz.
Son olarak, gidin Alibaba.com Bir dizi yenilenebilir enerji trendini keşfetmek ve ev ve iş amaçlı kullanıma yönelik güneş pilleri de dahil olmak üzere sunulan ürün tekliflerinin listesine göz atmak için.
