Son on ildə Yer kürəsində günəş modullarının ümumi quraşdırılmış gücü 15 dəfədən çox artaraq 700 GVt-a çatıb. Lakin enerji sənayesinin bu seqmenti kifayət qədər kiçikdir - 2020-ci ildə Yerdəki günəş panelləri dünya elektrik enerjisinin yalnız 3%-ni istehsal edirdi. Və on il əvvəl bu, daha az miqyasda idi - təxminən 0,2%.

1883-cü ildə amerikalı mühəndis Fritts 1% səmərəliliyi ilə qızılla örtülmüş seleniumdan hazırlanmış günəş batareyasının prototipini yaratdı.

Erməni əsilli italyan alimi Cakomo Çamiçan 1912-ci ildə özünün günəş batareyasının layihəsini təqdim etmişdir.

1930-cu illərdə SSRİ-də akademik Abram İoffenin rəhbərliyi ilə tallium sulfidli fotoelementlər yaradılmışdır.

Silikon yarımkeçiricilər əsasında müasir günəş batareyaları ilk dəfə BellLaboratories-də hazırlanmışdır. Onların batareyalarının səmərəliliyi cəmi 4% idi. Buna baxmayaraq, Amerika peyki Vanguard 1 1958-ci ildə belə akkumulyatorlarla kosmosa çıxdı.Həmin il Sovet Sputnik-3 göyərtəsində silikon günəş batareyaları ilə kosmosa uçdu.

Kütləvi istehsal olunan sənaye günəş elementlərinin (elektronika ilə təchiz olunmuş silikon modullar) məhsuldarlıq əmsalı (COP) son 10-15 ildə 16%-dən 20%-ə, laboratoriya nümunələrində (kapsullaşdırılmamış hüceyrələr) isə 24-ə qədər artmışdır. -26%. Silikon monokristal batareyaların nəzəri həddi 29,4% təşkil edir. Bu tip günəş batareyası onilliklər əvvəl olduğu kimi hələ də ən populyardır. O, günəş enerjisinin çevrilməsi üçün fotovoltaik elementlər üçün mövcud bazarın təxminən 95%-ni tutur.

Ən "günəşli" ölkələr

Günəş enerjisinin planetdə orta hesabla inkişafını qiymətləndirmək çox çətindir. Bəzi ölkələrdə bu, ümumiyyətlə, mövcud deyil, digərlərində sırf simvolikdir, lakin bəzilərində artıq ümumi enerji istehsalının əhəmiyyətli bir hissəsini təşkil edir. Bu sahədə lider, şübhəsiz ki, Çindir, burada 2010-cu ildən 2020-ci ilə qədər günəş enerjisinin çevrilməsi mənbələrinin bütün modullarının ümumi nominal elektrik enerjisi 253 GVt təşkil etmişdir. Bu, bütün Aİ ölkələrinin birləşdiyindən bir yarım dəfə çoxdur. Eyni dövrdə ABŞ (73,8 GVt) və Yaponiyada (67 GVt) ortaya çıxan günəş batareyalarının quraşdırılmış gücü təxminən dörd dəfə azdır. Onlardan uzaq olmayanda Almaniya (53,8 QVt), Hindistan (39 QVt), İtaliya (21,6 QVt), Avstraliya (17 QVt), Vyetnam (16,5 QVt), Fransa (11,7 QVt) var. Digər ölkələr, o cümlədən günəş enerjisi ilə işləyən Braziliya və Tayland on il ərzində günəş elektrik stansiyalarının nominal gücü 10 GVt-dan az, Argentina kimi bəziləri isə 1 GVt-dan az olan avadanlıq istehsal etmişdir. Günəş enerjisi sektorunun inkişafı haqqında hesabat verən mütəxəssislər nadir hallarda mütləq dəyərlərə müraciət edirlər, çünki əksər ölkələrdə bu rəqəmlər çox əlverişsiz görünür. Çox vaxt onlar rekord artım templərinə istinad edirlər ki, bu da bir çox ştatlarda belədir. Məsələn, 2015-ci ildən Rusiya günəş enerjisi istehsalını 14 dəfə - 0,1 QVt-dan 1,4 QVt-a qədər artırıb. Üstəlik, təkcə 2020-ci ildə bu dəyər 39% artıb (1,1 QVt-dan 1,4 QVt-a). Rəqəmlər hələ də kiçikdir, lakin temp əladır.

Bir kristal tipli günəş batareyaları (silikon parçasından hazırlanmış nazik lövhələr) açıq-aşkar müsbət və mənfi cəhətləri ilə etibarlı, "kondo", davamlıdır. Qısa müddət ərzində onlar amorf (atomların kristal quruluşu olmayan) silisium təbəqələrinin adi şüşə və ya başqa bir substratda yerləşdirildiyi nazik təbəqəli günəş batareyalarına qiymətlərini itirdilər. Lakin bu cür hüceyrələrin səmərəliliyi cəmi 10% idi və bir kristal silisiumun qiymətləri düşürdü və tezliklə nazik təbəqəli günəş batareyaları kiçik yerlərini - məsələn, təbiətdə telefonları doldurmaq üçün yüngül mobil batareyaların ucuz bir seqmentini tutdu. Bu gün karbohidrogen yanacaqlarına perspektivli yaşıl alternativ kimi texnologiyanın təkmilləşdirilməsinə əsas diqqət mərkəzi elementin tək silikon “çubuqdan” nazik şəkildə kəsilmiş vafli dilimləri olan monokristal texnologiyasına yönəldilmişdir.

Hamısı filmlərlə örtülmüşdür

Laboratoriyalar hər birinin öz üstünlükləri və mənfi cəhətləri olan müxtəlif birləşmələrlə sınaqdan keçirilir. Bəzi parametrlərdə əla nəticələr əldə edən tədqiqatçılar digərlərində istər-istəməz uduzurlar və iqtisadi məqsədəuyğunluğu qoruyaraq texniki üstünlük uğrunda mübarizənin bu sonsuz prosesi daha sürətli və daha ucuz ən yaxşı həll yolu tapmaq üçün qlobal yarışa bənzəyir. İndi bu yarışda əsas mərc heterostrukturlardadır. Onlar substrat kimi təsnif edilirlər, çünki onlar bir kristallı silikon vaflidən istifadə edirlər. O, hər iki tərəfdən müxtəlif materiallardan hazırlanmış çoxsaylı filmlərlə örtülmüşdür, hər birinin öz funksiyası var. Adətən monokristalın hər iki tərəfində nazik amorf silisium təbəqələri olur. Kristal və amorf silikon fərqli quruluşa malik iki materialdır, buna görə də "hetero" termini.“Səmərəlilik baxımından sənaye vahidlər və hətta faizin onda biri ilə hesablanır. Nümunə olaraq, standart ölçülü günəş panelinin orta səmərəliliyinin 15% -dən 20% -ə qədər artması onun nominal gücünün 250 Vt-dan 370 Vt-a, yəni bir yarım dəfə artmasına səbəb oldu "dedi. Fizika-riyaziyyat elmləri namizədi, İstilik Fizikası İnstitutunun baş elmi işçisi. Rusiya Elmlər Akademiyasının Sibir Bölməsindən S. S. Kutateladze Aleksandr Zamçiy, günəş batareyasının səmərəliliyinin artırılmasında "kiçik" qələbələrin inqilabi praktiki nəticələri ilə əlaqəsi.

Aleksandr Almaniyanın Jülich Tədqiqat Mərkəzindəki Enerji Tədqiqatları İnstitutunda böyük beynəlxalq komandanın tərkibində DAAD təqaüd stajının bir hissəsi olaraq günəş batareyalarının səmərəliliyinin artırılması üzərində işləyir. NatureEnergy-də dərc olunan iş Hollandiya, Rusiya, Çin və Ekvadordan olan həmkarları ilə birlikdə aparılıb. Tədqiqatçılar müəyyən edə bildilər ki, monokristallı silikon günəş elementləri üçün ön kontakt filmi kimi istifadə olunan karbid və silisium dioksid təbəqələri silisium vafli səthinin keçiriciliyini azaldan struktur qüsurlarının böyük əksəriyyətinin düzəldilməsini birləşdirə bilər. yüksək optik şəffaflıq.

Görünməzdən daha şəffaf

200 mikron qalınlığında silikon vafli (istehsalçılar xərcləri azaltmaq üçün onu nazikləşdirməyə çalışır) fotonların (yüngül hissəciklərinin) udulduğu və yük daşıyıcılarının doğulduğu monostrukturdur. Sənaye (əsasən Çin) seriyalı məhsulların keyfiyyət xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırsa da, dünyanın aparıcı laboratoriyaları günəş batareyalarının arxitekturasına tamamilə yeni yanaşmalarla təcrübə aparmaqla məşğuldur. İnadkar mübarizənin aparıldığı üç əsas parametr şəffaflıq, keçiricilik və ön nazik təbəqə örtüklərinin passivləşməsidir. Alimlər materialların birləşmələrini seçir, onları müxtəlif tərəfdən silikon monokristal lövhə ilə örtürlər.

Məsələn, kristalın hər iki tərəfində yarımkeçirici plyonkalardan istifadə etməklə alimlər silisium kristalının səthindəki qüsurları necə düzəltməyi öyrəndilər, burada silisium atomu kristal qəfəsdə tez-tez əskik olur və bu, cərəyanın keçməsini çətinləşdirir. Müxtəlif yarımkeçirici birləşmələrdən plyonka örtükləri bu problemi mükəmməl həll edir - fiziklər passivasiyanı plyonkaların köməyi ilə monokristalın keçiriciliyinin "düzəliş" effekti adlandırırlar. Günəş batareyası panelinin ön (üst) tərəfində passivasiya üçün tədqiqatçılar ənənəvi amorf silisium əvəzinə, bir təbəqənin hidrogenlə (hidrogenləşdirilmiş) yüksək olduğu dioksid və iki qatlı silisium karbid filmindən istifadə etdilər. Silikon dioksidin (şüşə) nazik təbəqəsi (1,5 nm) kontaktları mükəmməl şəkildə passivləşdirir. Gözə görünməyən bir dioksid filmi zəruri bir tədbirdir, çünki qalın şüşə elektrik keçirmir.

Silikon karbid təbəqəsindəki hidrogen passivasiya və ya bağlanma funksiyasını yerinə yetirir, yəni cərəyanın axması üçün pozulmuş bağları "təmir edir". Əlbəttə ki, amorf silisium bunun öhdəsindən gəlmir, lakin ondan fərqli olaraq, karbid filmi də yüksək şəffaflığa və keçiriciliyə malikdir. Bununla belə, karbid filminin hidrogen tərkibli təbəqəsi tələb olunan elektrik keçiriciliyinə və şəffaflığa malik deyil. Bu problemi həll etmək üçün alimlər silisium karbid plyonkasından iki qatlı struktur hazırlayıblar. Biri, çox nazik (3 nm), yaxşı passivasiyadan, digəri (25 nm) ultra yüksək şəffaflıqdan və əla elektrik keçiriciliyindən məsuldur. Bunu etmək üçün, bir film təbəqəsi böyüdükdə, metal filamentin temperaturu (filmin çökdüyü qaz qarışığının aktivatoru) 1775-dən 2000 dərəcəyə qaldırılır və nəticədə tək iki qatlı bir quruluşa malikdir. bütün lazımi xassələr əldə edilir.

İnsan gözü üçün bütün silikon vafli örtüklər şəffaf görünür. Amma optikada şəffaf şəffafdan fərqlidir. Günəş işığından nə qədər çox foton lövhəyə dəysə, bir o qədər çox elektron onun elektrodları boyunca hərəkət edəcək və günəş hüceyrəsinin səmərəliliyi bir o qədər yüksək olacaq. Beləliklə, şəffaflıq maksimum enerji tutmasını təmin etdi və passivasiya cərəyanın itkisiz elektrodlar vasitəsilə günəş elementini qırmamasına və çıxmamasına kömək etdi.Bu gün passivləşdirici kontakta əsaslanan cihazların bazar payı bir neçə faiz təşkil edir, lakin ekspertlərin fikrincə, onilliyin sonunda bu, 20 faiz və ya daha çox artacaq. Ölkəmizdə Hevel şirkəti 2009-cu ildə Novocheboksarskda heterostruktur texnologiya əsasında fotovoltaik modulların istehsalı zavodunu işə salan günəş batareyalarının istehsalı ilə məşğuldur. 2020-ci ildə zavodun gücü ildə 260 MVt-dan 340 MVt günəş panellərinə qədər artıb ki, bu da Orenburq vilayətindəki bütün günəş panellərinin hazırkı ümumi gücünə təxminən bərabərdir. Bu istehsalçının günəş panelləri Altay Respublikası, Buryatiya, Başqırdıstan, Kalmıkiya, Saratov və Həştərxan vilayətlərinin geniş ərazilərini, həmçinin Adıgey və Qazaxıstanı əhatə edir. 2021-ci ilin sonunda Omsk vilayətində 30 MVt gücündə günəş elektrik stansiyası açıldı və 2022-ci ildə Transbaykaliyada hər biri 35 MVt olan Çita və Çernovskaya adlı daha iki günəş elektrik stansiyasının tikintisi planlaşdırılır.

Hər bir elektron üçün mübarizə

Günəş elementlərini ön tərəfdən örtən karbid və silisium dioksiddən hazırlanmış yeni şəffaf passivləşdirici plyonkalar-kontaktlar günəş batareyasının səmərəliliyini 24%-ə qədər artırdı. Məqalədəki qrafiklər göstərir ki, günəş batareyasına verilən enerjinin müəyyən diapazonlarında silisium karbid filminin şəffaflıq səviyyəsi amorf silikon filmlərin parametrlərindən on dəfə yüksəkdir, yəni eyni film qalınlığı ilə elektrik enerjisinə çevrilən günəş işığını on dəfə çox ötür. Bu, əlbəttə ki, səmərəliliyi on dəfə artırmayacaq, çünki səmərəlilik təkcə şəffaflıqdan deyil, həm də passivasiyadan və keçiricilikdən ibarətdir. Bir parametrin dəyişdirilməsi, təəssüf ki, bütün digərlərini düzəltmək mümkün deyil. Amorf silikon filmlər üçün passivasiya daha yüksəkdir və şəffaflıq çox yaxşı deyil, buna görə də bu təbəqə vaflinin dibinə yerləşdirilir.

NatureEnergy-də məqalə dərc edildikdən sonra son altı ay ərzində elm adamları şəffaflığı itirməməyə və silisium karbid filminin passivliyini artırmağa çalışaraq müxtəlif örtüklərlə bir sıra hesablamalar apardılar. Təcrübələrinin bütün nəticələrini təhlil etdikdən sonra onlar bütöv bir "yol xəritəsi" yaratdılar, ona görə də növbəti il ​​yarım ərzində günəş batareyalarının səmərəliliyinin daha 1% artmasına zəmanət vermək üçün hər şansları var, yəni 25%-ə çatdırmaq.

Mövcud filmlərə əlavə olaraq, alimlər günəş hüceyrəsinin səthindən daha da az fotonun əks olunmasını təmin etməyə çalışaraq, maqnezium ftorid əks etdirən əks əks etdirən örtüklər tətbiq etdilər.

Qatlaşdırmanı artırmaqla yanaşı, işin müəllifləri ən kiçik metal elektrodların işğal edilmiş sahəsini azaltmaq qərarına gəldilər, sıx bir şəbəkə günəş hüceyrəsini əhatə edir, dar seqmentlərə bölünür. Günəş batareyasının altından elektrod 200 dərəcəyə qədər qızdırmaqla ekran çapı ilə tətbiq olunan termal pastanın möhkəm gümüş filminə bənzəyir. Eyni üsuldan istifadə edərək, bütün nazik təbəqə quruluşu üzərində dar gümüş izlər tətbiq olunur. Məqalə müəllifləri hiss ediblər ki, treklər paneli əhəmiyyətli dərəcədə gizlədir, “günəş altında yer” həddən artıq çoxdur. Kaplama prosesini optimallaşdırmaqla, onlar keçirici gümüş kontaktların enini (60-dan 30 mikrona qədər) yarıya endirəcək və bununla da səmərəliliyi bir az daha artıracaqlar.

Okeanın dibində günəş

Dəyəri 22 milyard dollardan çox olan layihə Hind okeanının dibi ilə 4,2 min km uzunluğunda kabelin çəkilməsini nəzərdə tutur. Bu kabel vasitəsilə Avstraliyadakı günəş stansiyalarında yaranan enerji Sinqapura ötürüləcək. Bu kabel yolunda daha bir bürokratik əngəl aradan qaldırıldı: İndoneziya öz ərazi sularında fəaliyyət göstərmək üçün icazə verib.

Avstraliyanın şimal əraziləri sonsuz genişliklər və isti günəşdir; Sinqapurda yer azdır, lakin o, enerji təchizatını bərpa olunan mənbələrə keçirmək istəyir. İki ölkə tezliklə indiyə qədər həyata keçirilən ən böyük və ən iddialı bərpa olunan enerji layihələrindən birində bir araya gələ bilər.

PowerLink adlanan layihə, Powell Creek ərazisində nəhəng elektrik parkı yaratmaq niyyətində olan Avstraliyanın Sun Cable şirkəti tərəfindən idarə olunur. Günəş panelləri Yer kürəsinin ən günəşli yerlərindən biri olan Darvin şəhərindən təqribən 800 km cənubda yerləşən 12 min hektar quru ərazini tutacaq.

Bu günəş stansiyası öz zirvəsində 17-20 QVt enerji istehsal edəcək ki, bu da 36-42 QVt tutumlu akkumulyatorlarda saxlanıla bilər.

Powell Creek stansiyası indiki rekordçu Hindistanın cəmi 2245 GVt gücü ilə Bhadia Günəş Parkından demək olar ki, on dəfə böyük olacaq. Gələcək batareyaların tutumu əvvəlki rekord layihəni 30 dəfədən çox üstələyir!

Avstraliya aydın şəkildə Teslanın 2017-ci ildə Cənubi Avstraliyada inşa etdiyi nəhəng 150 MVt batareyasının böyük uğuru ilə motivasiya olunur. Qonşu Viktoriya ştatı 300 MVt gücündə stansiyanın 2021-ci ilin sonuna kimi fəaliyyətə başlayacağını açıqlayıb. Yeni Cənubi Uels ştatından sonra ən böyük akkumulyatorun - 1,2 GVt-ın tikintisi elan edildi. Lakin bütün bu batareyalar PowerLink ilə müqayisədə gnomlara bənzəyir.Günəş enerjisi ilə işləyən yüksək gərginlikli kabel Sinqapurun elektrik enerjisinə olan tələbatının 15%-ni ödəyəcək. Bundan əlavə, günəş stansiyası elektrik ötürücüsünün keçəcəyi Darvin şəhərini də işıqlandıracaq.

Kabelin 2028-ci ildə istifadəyə veriləcəyi gözlənilir. Bu arada, Sun Cable-ın baş direktoru David Griffin İndoneziya rəhbərliyinə təşəkkür etdi: "Layihənin təsdiqlənməsi bizi yeni dövrün başlanğıcına yaxınlaşdırır, nəhəng miqdarda əlverişli, idarə oluna bilən bərpa olunan enerjinin istehsalı və ötürülməsi başlayacaq. "

Bu, bərpa olunan mənbələrdən transmilli enerji təchizatının birinci deyil, bəlkə də ən qabaqcıl ideyasıdır. Xüsusilə günəş enerjisi istehsalı layihələri Cənubi Avropaya transferi ilə Şimali Afrikada, eləcə də Monqolustanda Yaponiya və Cənubi Koreyaya ötürülməsi ilə tanınır.

bbabo.Net