Panduan Mesti Tahu Anda untuk Kecekapan Sel Suria

A sel suria ialah alat yang menukarkan cahaya matahari terus kepada tenaga elektrik. Penukaran ini dicapai dengan menggunakan kesan fotovoltaik dalam bahan semikonduktor, biasanya silikon. Sel suria adalah komponen utama teknologi tenaga boleh diperbaharui dan digunakan secara meluas dalam sistem tenaga suria. 

Artikel berikut akan memberi anda gambaran keseluruhan tentang sejarah sel suria pembangunan dan akan menyerlahkan rekod kecekapan utama setakat ini.

Jadual Kandungan
Perkembangan sel suria
klasifikasi
Kecekapan sel suria
Rekod dunia untuk sel solar selama bertahun-tahun
Perbezaan antara makmal dan kecekapan komersial
Trend utama dalam teknologi sel suria
Mengakhiri

Perkembangan sel suria

Sejarah sel suria bermula pada akhir 1800-an, apabila saintis mendapati bahawa bahan PV tertentu boleh menghasilkan arus elektrik apabila terdedah kepada cahaya. Tetapi hanya pada tahun 1954 Bell Labs berjaya membangunkan sel suria silikon praktikal yang pertama. Pada tahun 1960-an, sel suria mula digunakan untuk bekalan tenaga dalam kapal angkasa, memacu perkembangan selanjutnya teknologi mereka. 

Pengkomersilan dan popularisasi bermula pada tahun 1970-an, dengan kemunculan krisis tenaga, sel solar mendapat lebih perhatian sebagai sumber tenaga boleh diperbaharui. Kemajuan dalam teknologi dan kos pengeluaran yang lebih rendah membolehkan sel solar mula digunakan secara meluas dalam aplikasi komersial dan kediaman.

klasifikasi

Silikon monokristalin sel suria: ia diperbuat daripada kristal silikon tunggal dan lebih cekap tetapi agak mahal. Mereka biasanya mempunyai kecekapan penukaran tenaga yang tinggi dan hayat perkhidmatan yang panjang.

Silikon polihablur sel suria: diperbuat daripada beberapa kristal silikon kecil, ia kurang cekap sedikit daripada silikon monohabluran, tetapi kosnya lebih murah.

Filem nipis sel suria: Silikon amorf atau bahan lain (cth, CdTe, CIGS) diliputi dalam lapisan yang sangat nipis pada substrat. Sel-sel ini lebih murah, tetapi biasanya kurang cekap daripada sel silikon kristal.

Baru sel suria: Ini termasuk sel solar organik, sel solar chalcogenide, dsb., yang mungkin menawarkan kos pembuatan yang lebih rendah dan kemungkinan aplikasi baharu. Sel Chalcogenide, khususnya, boleh membawa kepada penemuan baru.

Kecekapan sel suria

Sel suria kecekapan ialah metrik utama tentang keberkesanan sel suria menukar cahaya matahari kepada elektrik. Secara khusus, ia adalah nisbah kuasa elektrik yang dihasilkan oleh sel suria kepada kuasa yang diterima daripada sinaran matahari. Dalam erti kata lain, ia menerangkan berapa banyak tenaga suria yang diserap oleh sel suria secara cekap ditukar kepada tenaga elektrik.

Kepentingan kecekapan sel suria

Output kuasa: semakin tinggi kecekapan, lebih banyak tenaga elektrik yang boleh dihasilkan oleh sel suria saiz yang sama di bawah keadaan cahaya yang sama.

Keberkesanan kos: Peningkatan kecekapan mengurangkan kos unit tenaga suria, menjadikan tenaga suria lebih berdaya saing dari segi ekonomi.

Penggunaan ruang: Sel suria berkecekapan tinggi boleh menghasilkan lebih banyak tenaga elektrik dalam ruang terhad, yang amat penting untuk aplikasi terhad ruang seperti sistem suria atas bumbung atau pemasangan kecil.

Proses peningkatan kecekapan

Pembangunan sel suria boleh dibahagikan kepada tiga peringkat, yang masing-masing mempunyai kejayaan teknologi tersendiri:

Fasa I: Sel suria silikon kristal

Peringkat pertama dari sel suria terutamanya berasaskan bahan silikon monohablur dan polihabluran. Sel suria silikon yang dikomersialkan awal mempunyai kecekapan sekitar 6%, tetapi dengan penambahbaikan teknologi, sel silikon monohablur moden telah dapat mencapai kecekapan lebih daripada 22% di bawah keadaan makmal.

Proses pencapaian: Peningkatan kecekapan adalah terutamanya disebabkan oleh kemajuan teknologi dalam ketulenan silikon, pengoptimuman struktur kekisi, pengurangan pemantulan, penambahbaikan reka bentuk elektrod, dan pengurangan kehilangan tenaga dalam sel.

Fasa II: Sel suria filem nipis

Ini sel suria termasuk kuprum indium gallium selenide (CIGS), kadmium tellurium (CdTe) dan sel suria silikon amorf. Kecekapan permulaan sel filem nipis ini adalah rendah, secara amnya sekitar 10%, tetapi dengan perkembangan bahan dan teknologi proses, kecekapan makmal sel CIGS dan CdTe telah melebihi 23%.

Ini terutamanya dicapai dengan meningkatkan keupayaan penyerapan cahaya bahan filem nipis, meningkatkan kecekapan pengangkutan pembawa dan mengoptimumkan struktur sel.

Fasa III: Sel suria kalsium titanit

Kalsium titanit sel suria adalah kelas sel suria yang paling pesat berkembang dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Sejak laporan pertamanya pada 2009, kecekapannya telah meningkat dengan pantas daripada 3.8% awal kepada lebih daripada 33.9% hari ini.

Peningkatan pesat dalam kecekapan disebabkan oleh kelebihan unik bahan chalcogenide, seperti pekali penyerapan cahaya yang tinggi, jurang jalur boleh laras dan proses fabrikasi mudah.

Rekod dunia untuk sel solar selama bertahun-tahun

Tahap perkembangan baru (2009~2012)

2009, kecekapan penukaran tenaga 3.5%: Saintis Jepun Miyasaka menggunakan bahan chalcogenide untuk sel suria peka pewarna sebagai bahan penyerap cahaya, tetapi bahan itu tidak stabil dan gagal selepas beberapa minit.

2011, kecekapan penukaran tenaga 6.5%: Nam-Gyu Park, Universiti Sungkyunkwan, Korea Selatan, meningkatkan teknologi sel solar chalcogenide, secara mendadak meningkatkan kecekapan penukaran fotoelektrik, tetapi bahan itu masih tidak stabil kerana elektrolit cecair masih digunakan, dan kecekapan dipotong sebanyak 80% selepas beberapa minit.

2012, kecekapan penukaran tenaga 10%: Kumpulan Oxford University Henry Snaith memperkenalkan bahan pengangkutan Spiro-OMeTA, menyedari keadaan pepejal sel chalcogenide, meningkatkan lagi kecekapan penukaran dan prestasi fotovoltaik tidak jelas mereput selepas 500 jam, menunjukkan prestasi kestabilan yang sangat baik.

Peringkat pembangunan awal (2012~2015)

Dalam 2012, Henry Snaith dari Universiti Oxford menggantikan TiO2 dalam sel dengan aluminium (A1203), dan sejak itu kalsit bukan sahaja menjadi lapisan penyerap cahaya dalam sel, tetapi juga berfungsi sebagai bahan semikonduktor untuk memindahkan cas elektrik.

Dalam 2013, chalcogenide telah dipilih sebagai salah satu daripada 10 penemuan saintifik teratas dalam Sains 2013.

Pada 2015, kecekapan penukaran tenaga sebanyak 15%: China, Jepun dan Switzerland bekerjasama untuk membuat sel solar chalcogenide kawasan besar (kawasan kerja lebih daripada 1 CM2), yang diperakui oleh pihak berkuasa antarabangsa.

Peringkat pembangunan pesat (2016-sekarang)

2016, kecekapan penukaran tenaga 19.6%: Kumpulan Prof. Gratzel di Institut Teknologi Persekutuan Switzerland di Lausanne meningkatkan kecekapan yang diperakui kepada 19.6%.

2018, kecekapan penukaran tenaga 23.7%: Institut Penyelidikan Semikonduktor Akademi Sains China mencadangkan pempasifan garam organik bagi kecacatan permukaan chalcogenide, secara berturut-turut meningkatkan kecekapan penukaran kepada 23.3% dan 23.7%.

2021, kecekapan penukaran tenaga 29.8%: Helmholtz Centre Berlin (HZB) membangunkan kecekapan penukaran bateri tandem chalcogenide sebanyak 29.8%, melebihi had kecekapan simpang heterogen (HJT), TOPCon dan teknologi silikon kristal lain.

2022, kecekapan penukaran tenaga sebanyak 31.3%: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) dan Swiss Centre for Electronics and Microtechnology (CSEM) telah mencipta sel fotovoltaik bertindan kalkogenida-silikon dengan kecekapan penukaran sebanyak 31.3%.

2023, kecekapan penukaran tenaga 33.9%: Kecekapan sel tindanan silikon-kalsit kristal yang dibangunkan secara bebas oleh LONGi Green Energy Technology Co. China mencapai 33.9%, melepasi had kecekapan teori Shockley-Quayther (SQ) sebanyak 33.7% untuk sel simpang tunggal.

Perbezaan antara makmal dan kecekapan komersial

Kecekapan makmal dan kecekapan pengkomersilan ialah dua metrik berbeza untuk menilai prestasi sel suria, dan terdapat beberapa perbezaan utama antaranya:

Kecekapan makmal

Definisi:

Kecekapan makmal ialah kecekapan maksimum a sel suria diukur di bawah keadaan makmal yang ideal. Ini biasanya melibatkan keadaan ujian standard (STC) seperti keamatan cahaya tertentu (1000 W/m²), taburan spektrum tertentu dan suhu tetap (biasanya 25°C).

Ciri-ciri:

Kecekapan makmal biasanya diukur di bawah keadaan ujian yang dioptimumkan yang ditetapkan untuk memaksimumkan prestasi sel.

Kecekapan sedemikian biasanya diukur untuk sel individu atau sampel sel kecil, bukannya untuk keseluruhan panel solar atau sistem.

Kecekapan makmal mencerminkan had atas potensi teknikal sel solar.

Kecekapan pengkomersialan

Definisi:

Kecekapan pengkomersialan ialah kecekapan purata bagi sel suria atau panel solar yang sebenarnya dihasilkan dan digunakan dalam pasaran. Ia adalah tahap prestasi yang boleh dijangkakan pengguna apabila membeli dan menggunakan sistem sel suria.

Ciri-ciri:

Kecekapan pengkomersilan biasanya lebih rendah daripada kecekapan makmal kerana ia mesti mengambil kira pelbagai faktor praktikal dalam proses pengeluaran besar-besaran, seperti variasi bahan, toleransi pembuatan dan kebolehpercayaan jangka panjang.

Kecekapan ini diukur dalam keadaan yang lebih hampir dengan keadaan operasi sebenar, termasuk suhu yang berbeza-beza, keadaan cahaya dan kemungkinan teduhan.

Kecekapan yang dikomersialkan lebih mencerminkan prestasi sebenar sel solar dalam penggunaan harian.

Perbezaan

Kecekapan: Kecekapan makmal biasanya lebih tinggi daripada kecekapan komersial kerana ia diperoleh di bawah keadaan yang ideal.

Permohonan: Kecekapan makmal lebih banyak digunakan dalam penyelidikan dan pembangunan untuk menggalakkan penemuan teknologi baharu; manakala kecekapan dikomersialkan memberi tumpuan kepada prestasi produk sebenar dan daya saing pasaran.

Kos: Apabila kecekapan dikomersialkan dicapai, kos pengeluaran dan kebolehlaksanaan pengeluaran berskala besar juga perlu dipertimbangkan, yang biasanya bukan pertimbangan utama dalam penentuan kecekapan makmal.

Trend utama dalam teknologi sel suria

Kejayaan masa depan dalam sel suria teknologi tertumpu pada meningkatkan kecekapan, mengurangkan kos, meningkatkan ketahanan dan menyesuaikan diri dengan keperluan aplikasi yang pelbagai. Berikut adalah pandangan terperinci tentang trend ini:

Meningkatkan kecekapan penukaran tenaga

Sel suria berbilang simpang: Dengan menyusun bahan semikonduktor dengan celah jalur yang berbeza, sel solar berbilang simpang boleh menyerap jalur cahaya matahari yang lebih luas, dengan itu meningkatkan kecekapan keseluruhan. Lebih banyak sel solar simpang tiga dan juga simpang empat kali mungkin dapat dilihat pada masa hadapan.

Gabungan chalcogenide dan silikon: Gabungan sel solar chalcogenide dengan sel silikon konvensional untuk membentuk sel solar hibrid atau bertindan mungkin menawarkan kecekapan yang lebih tinggi dan tindak balas spektrum yang lebih baik.

Mengurangkan kos dan meningkatkan kemampanan

Pengeluaran berskala: Kos pembuatan sel suria dijangka menurun lagi apabila teknologi matang dan pengeluaran skala-up direalisasikan.

Bahan boleh diperbaharui: Penyelidikan dan pembangunan bahan yang lebih mesra alam, boleh dikitar semula dan pengurangan pergantungan pada bahan jarang dan toksik akan membantu meningkatkan kelestarian alam sekitar sel suria.

Ketahanan dan kebolehpercayaan yang dipertingkatkan

Meningkatkan kestabilan jangka panjang: Penyelidik berhasrat untuk meningkatkan kestabilan jangka panjang dan rintangan luluhawa sel suria untuk menghadapi pelbagai keadaan persekitaran dan memanjangkan jangka hayat mereka.

Bahan penyembuhan diri: Membangunkan bahan sel solar yang boleh membaiki sendiri kerosakan kecil untuk mengekalkan kecekapan tinggi jangka panjang.

Mengakhiri

Peningkatan kecekapan sel suria telah memasuki peringkat yang pesat, terutamanya dengan penggunaan praktikal sel chalcogenide yang akan membawa tenaga baru kepada bidang ini. Peningkatan berterusan dalam kecekapan sel suria merupakan faktor utama yang memacu pembangunan teknologi solar dan penggunaan pasaran. 

Melalui inovasi dalam sains bahan, reka bentuk sel termaju dan kemajuan dalam teknologi pembuatan, sel solar menjadi lebih cekap, kos efektif dan boleh dipercayai. Dengan peningkatan selanjutnya dalam kecekapan dan penerapan teknologi baharu, kami boleh menjangkakan bahawa ia akan menyediakan penyelesaian tenaga yang lebih dipercayai dan kos efektif untuk rumah dan perniagaan.

Akhirnya, menuju ke Chovm.com untuk meneroka pelbagai aliran tenaga boleh diperbaharui dan untuk menyemak imbas senarai tawaran produk, termasuk sel solar untuk kegunaan rumah dan perniagaan.