پیشرفتها در فناوری فوتوولتایک
بررسی فناوری ها ، ادغام انرژی و چالش ها
پیشرفتها در فناوری فوتوولتاییک و بهبود راندمان پنل های خورشیدی
"راهی به سوی آیندهای پایدار"
چکیده
تامین انرژی الکتریکی جهان به سرعت به سمت منابع تجدیدپذیر پیش میرود و فناوریهای فوتوولتایک محور این تغییر هستند. در این مقاله به مرور برخی از توسعههای اخیر مرتبط با فناوری های فوتوولتاییک میپردازیم .
مطالعات اخیر در حوزه مواد نیمه هادی، به بالا بردن بازده سلول های خورشیدی تمرکز دارد که ممکن است به افزایش بهره وری سیستمهای انرژی خورشیدی منجر شود. با تمرکز بر این پیشرفتها، نشان میدهیم که فوتوولتاییک میتواند به طور قابل توجهای به تامین انرژی جهان مشارکت کند و به چالشهای مرتبط با مصارف بزرگ بپردازد.
مقدمه
استفاده از انرژی خورشیدی در اکثر اقصی نقاط دنیا ، سبب شده است که سیستم های انرژی خورشیدی به عنوان محور انرژی های تجدیدپذیر مطرح شود، سیستم هایی که به وسیله اثر فوتوولتایک، نور خورشید مستقیما به برق تبدیل میشود.
تحقیقات و توسعههای زیادی در دهههای اخیر انجام شده که هم در زمینه بازده و هم هزینه سیستمهای PV (Photovoltaic) فرصتهای رقابتی فراهم کرده اند، و آنها را همسوی منابع انرژی سنتی قرار داده است. این مقاله به آخرین توسعهها در فناوری PV میپردازد و بررسی میکند که تغییرات اخیر در مواد، طراحی سلول و ادغام سیستم ، چگونه آینده انرژی خورشیدی را شکل میدهد.
پیشرفتها در مواد فوتوولتاییک
سلولهای خورشیدی پروسکایت (Perovskite Solar Cells):
علاقه اصلی به مواد پروفسکایت برای فوتوولتایکها در ضرایب بالای جذب و باندگپهای قابل تنظیم آنها نهفته است. اخیراً گزارشهای متعددی درباره کارآیی تبدیل انرژی (PCE) بالای ۲۵ درصد که به بازدهی سلولهای خورشیدی سیلیکونی نزدیک شدهاند، منتشر شده است. مقیاسپذیری و چشمانداز تولید با هزینه پایین نشان میدهد که سلولهای پروفسکایت در کاربردهای تجاری پتانسیل زیادی دارند.
.png)
سلولهای خورشیدی چند پیوندی(Multijunction Solar Cells):
سلولهای چند پیوندی که از چندین لایه نیمههادی با باندگپهای مختلف تشکیل شدهاند، میتوانند طیف وسیعتری از نور خورشید را جذب کنند. این سلولها به بازدههایی بیش از ۴۰ درصد در آزمایشگاه، به ویژه برای کاربردهای انرژی خورشیدی متمرکز، دست یافتهاند.
.png)
فوتوولتاییکهای آلی (OPVs: Organic Photovoltaics):
سلولهای خورشیدی آلی انعطافپذیر و سبک هستند؛ بازده و پایداری آنها با گذشت زمان بهبود یافته است. توسعههای جدید در مواد دهنده-گیرنده (donor-acceptor) و مهندسی مولکولی بازده تبدیل انرژی OPVs را به بیش از ۱۸ درصد رسانده است، با امکان تولید کمهزینه و در مقیاس بزرگ.

بهبود بازده در سیستمهای فوتوولتاییک
فناوری سلولهای انتشار یافته و پشت فعال (PERC):
سلول PERC مخفف Passivated Emitter and Rear Cell است که به معنی «سلول امیتر و پشتسطح پسیو شده» میباشد. این نوع سلول خورشیدی با لایهای خاص به نام لایه پسیو (غیرفعالکننده) در سطح پشتی، طراحی شده است. این لایه پسیو باعث کاهش اتلاف انرژی به دلیل بازترکیب حاملهای بار (الکترونها و حفرهها) در پشت سلول میشود. با بهبود عملکرد سلول، فناوری PERC میزان نور خورشید را که سلول خورشیدی قادر است به برق تبدیل کند، افزایش میدهد و آن را به گزینهای با کارایی بالاتر تبدیل میکند. در واقع فناوری PERC با اضافه کردن یک لایه پسفعال اضافی در پشت سلول، بازده سلولهای خورشیدی سیلیکونی متعارف را افزایش میدهد و کاهش بازده الکترون را کاهش میدهد. بازده ماژولهای تجاری اکنون به بیش از ۲۲ درصد رسیده است.

ماژولهای دووجهی BiFacial:
ماژولهای خورشیدی دووجهی نور خورشید را که بر روی سطح جلو و پشت ماژول تابیده میشود، به برق تبدیل میکنند و بدین ترتیب تولید انرژی را به طور قابل توجهی افزایش میدهند. این ماژولها در محیطهای با بازتاب بالا که نور بازتابی به تولید سمت پشت اضافه میشود، بسیار مؤثر هستند.
سلولهای خورشیدی تاندوم(Tandem Solar cells):
سلولهای خورشیدی تاندم با چیدن دو یا چند ماده با طیفهای جذب مکمل طراحی شدهاند که بازدهی بیشتری نسبت به سلولهای تکپیوندی دارند. در حال حاضر، تاندومهای پروفسکایت-سیلیکون از پیشروان هستند و به بازدهی بیش از ۳۰ درصد دست یافتهاند.

ادغام سیستم و مدیریت انرژی
ادغام در شبکه هوشمند:
سیستمهای PV در شبکههای هوشمند مدیریت انرژی و توزیع و ذخیرهسازی را بسیار بهبود میبخشند. AMI و نظارت بلادرنگ ، راههایی برای اطمینان از استفاده حداکثری از انرژی خورشیدی و کاهش تأثیر ناپایداری بر پایداری شبکه فراهم میکنند.
راهحلهای ذخیرهسازی انرژی:
عرضه متناوب نیاز به راهحلهای ذخیرهسازی قوی دارد. توسعه باتریها، هم باتریهای لیتیوم-یونی و هم باتریهای حالت جامد، برای کاهش نوسانات عرضه و اطمینان از تأمین انرژی پایدار اهمیت دارد.
(مسائل مربوط به امکانات ذخیره سازی از جمله مواردی است که باید به آن دقت بیشتری نمود . حل و فصل مشکلات دست و پا گیر مربوط به گمرکات و نیز باز نمودن دروازه های کشور برای ورود سازنده های مطرح در این صنعت ، به منظور تبادل زیر ساخت های به روز ، از جمله مواردی است که مشاوران در سطح کلان کشور بایستی به مدیران ارشد صنعت برق یادآور شوند . )
ادغام فتوولتاییک با ساختمان (Building-Integrated Photovoltaics (BIPV)) :
سیستمهای BIPV (فوتوولتائیک یکپارچه با ساختمان) سلولهای خورشیدی را در مصالح ساختمانی مانند نماها و سقفها ادغام میکنند تا جذابیت ظاهری ایجاد کنند و در عین حال به عملکرد پوشش ساختمان اضافه کنند. این سیستمها یک سیستم تولید انرژی غیرمتمرکز فراهم میکنند و به ساختمانهای با انرژی صفر کمک میکنند.

چالشها و چشماندازهای آینده
در حالی که فناوری فتوولتائیک به پیشرفتهای چشمگیری دست یافته است، هنوز چالشهایی در مورد پایداری مواد، بازیافت و بازده انرژی در شرایط اقلیمی مختلف وجود دارد. تحقیقات بیشتر در مورد مواد جدید، مکانیزمهای تخریب و پیکربندیهای سیستمهای هیبریدی برای غلبه بر این چالشها ضروری خواهد بود.
آینده فناوری فتوولتائیک، یکپارچهسازی آن با سایر منابع تجدیدپذیر، استفاده از هوش مصنوعی در نگهداری پیشبینیشده و پیروی از اصول اقتصاد دایرهای در مدیریت چرخه عمر سیستمها خواهد بود.
نتیجهگیری
این پیشرفتها در فناوری فتوولتائیک اکنون در حال بازسازی بخش انرژی تجدیدپذیر هستند و با راندمان بالاتر، کاهش هزینهها و کاربردهای جدید، پیش میروند. در "دنیایی که به سمت آیندهای پایدار در انرژی حرکت میکند، سرمایهگذاری مداوم در تحقیق و توسعه فتوولتائیک برای حل چالشهای انرژی جهانی و دستیابی به اهداف اقلیمی کلیدی خواهد بود". با مواد پیشرفته، طراحیهای هوشمند و سیستمهای مدیریت انرژی هوشمند، فناوری فتوولتائیک در خط مقدم انقلاب انرژی تجدیدپذیر باقی میماند.
کلمات کلیدی شاخص: فناوری فتوولتائیک؛ انرژی خورشیدی؛ سلولهای خورشیدی پروفسکایت؛ سلولهای چنداتصالی؛ فتوولتائیک آلی؛ بهرهوری انرژی؛ ادغام شبکه هوشمند؛ فتوولتائیک یکپارچه با ساختمانها.
ارائه شده توسط : هادی خلیلی نیا - کارشناس حوزه فتوولتاییک
مقاله تحقیقاتی انرژی خورشیدی نثب و راه اندازی نیروگاه های خورشیدی سه فاز و فتوولتاییک و ساخت پنل های خورشیدی در سراسر ایران توجیه اقتصادی نیروگاه خورشیدی هزینه پنل و یا صفحات خورشیدی پیل نوری اینورتر خورشیدی بهترین شرکت انرژی خورشیدی ایران