211service.com
Ar įdomiausia nauja saulės medžiaga gali pateisinti savo ažiotažą?
Perovskitas žada būti pigesnis ir efektyvesnis nei silicis, o kelios įmonės teigia, kad yra arti jo gamybos mastu.
2021 m. birželio 29 d
Willow technologijos
Bandant perovskito saulės elementus laboratorijoje, reikėjo tinkamų bėgimo batelių. Medžiagos subyrėjo taip greitai, kad mokslininkai iš ten, kur jie gamino ląsteles, pajudėdavo ten, kur jas išbandė, bandydami išmatuoti jų našumą, kol ląstelės nesuirdavo jų rankose – paprastai per kelias minutes.
Perovskitai jau seniai kerėjo tyrėjus pažadu gaminti nebrangius, itin efektyvius saulės elementus. Ir dabar kelios įmonės žengia didelius žingsnius gamindamos komercinius perovskito saulės elementus.
Tačiau medžiagų nestabilumas kėlė grėsmę, kad jų kelias į stogus ir jėgaines bus išmuštas iš bėgių. Nors kelios įmonės teigia, kad išsprendė iššūkį, bent jau pakankamai gerai, kad per metus į rinką pateiktų preliminarius produktus, kai kurie mokslininkai vis dar skeptiškai vertina.
Žmonės nori, kad aš sakyčiau: „Aš tikrai žinau, kad tai bus stabilu ir efektyvu, ir mes užkariuosime pasaulį“, - sako Džozefas Beris , kuris vadovauja perovskito tyrimų programai JAV nacionalinė atsinaujinančios energijos laboratorija. Dalis manęs tuo tiki, bet dalis manęs, kaip mokslininko, sako: „Aš neturiu duomenų“.
Saulės kaitinimas
Perovskitai yra sintetinės medžiagos, nebrangios ir gana paprasta gaminti net dideliais kiekiais. Įprasti perovskitai, naudojami fotoelektroje, paprastai yra kažkas panašaus į metilamonio švino halogenidą, tačiau perovskitų šeimą sudaro tūkstančiai medžiagų, turinčių tą pačią kristalinę struktūrą. Padengti ant lankstaus pagrindo, jie gali gaminti plonasluoksnius saulės elementus, kurie yra lengvi ir lankstūs.
Nors per pastaruosius dešimtmečius atsirado keletas naujų fotovoltinių medžiagų, nė viena iš jų nepadarė didelės įdubos rinkoje, kurioje dominuoja silicis. Jis randamas maždaug 95% esamų saulės elementų.
Kai kurios perovskito įmonės, pvz Willow technologijos Varšuvoje, bando iš viso palikti silicį. 2014 metais įkurta įmonė sukūrė rašalinio spausdinimo procesą, skirtą perovskito saulės elementų, įdėtų į lankstų plastiką, gamybai. Plokštė su Saule elementais yra maždaug dešimtadaliu sunkesnė už tokio pat dydžio silicio plokštę.
Gegužę „Saulė“ atidarė gamyklą, kuri kasmet gali pagaminti apie 40 000 kvadratinių metrų plokščių. To pakanka maždaug 10 megavatų galiai pagaminti (kai kurios gamyklos, gaminančios silicio elementus, yra šimtus kartų didesnės).
Susijusi istorija
Šios lanksčios saulės baterijos priartina mus prie įpročio naudoti iškastinį kurą Jokia saulės medžiaga nesugebėjo išstumti silicio. Perovskitai, kurie yra daug pigesni ir gali būti pagaminti į lanksčius modulius, galėtų tai pakeisti.Nors perovskitai gali pasiekti didelį efektyvumą ( pasaulio rekordas vien perovskito ląstelėse yra šiek tiek daugiau nei 25 %), dauguma geriausiai veikiančių perovskito ląstelių šiandien yra mažytės – mažiau nei colio pločio.
Didinant mastelį, sunkiau pasiekti galimas efektyvumo ribas. Šiuo metu metro pločio „Saule“ plokščių efektyvumas siekia apie 10 proc. Tai mažėja dėl komercinių panašaus dydžio silicio plokščių, kurių efektyvumas paprastai siekia apie 20 %.
Olga Malinkevičiaus , Saule įkūrėjas ir vyriausiasis technologijų pareigūnas, sako, kad bendrovės tikslas buvo ištraukti tik perovskito saulės elementą, o mažesnis efektyvumas neturės reikšmės, jei technologija bus pakankamai pigi.
„Saule“ bando eiti ten, kur silicio saulės kolektorių nepavyks: prie stogų, kurie neatlaiko sunkių stiklinių plokščių svorio, arba į labiau specializuotas programas, pavyzdžiui, saulės energija varomas žaliuzes, kurias bendrovė šiuo metu testuoja.
Kol „Saule“ pristato plonasluoksnius produktus, skirtus nišinėms reikmėms, kitos įmonės tikisi įveikti ar bent jau prisijungti prie silicio savo žaidime. Jungtinėje Karalystėje Oksfordo PV įtraukia perovskitus į kombinuotas perovskito ir silicio ląsteles.
Kadangi silicis sugeria šviesą link raudonojo matomo spektro galo, o perovskitus galima sureguliuoti taip, kad sugertų skirtingus bangos ilgius, perovskito sluoksnis ant silicio elementų leidžia kombinuotoms ląstelėms pasiekti didesnį efektyvumą nei vien silicio.
Oksfordo PV kombinuotosios ląstelės yra sunkios ir standžios, kaip tik silicio elementai. Tačiau kadangi jie yra tokio paties dydžio ir formos, naujus elementus galima lengvai sujungti į plokštes, skirtas stogo masyvams arba saulės energijos ūkiams.
Oxford PV sujungia perovskitą ir silicį, kad sukurtų didelio efektyvumo saulės elementus.
OXFORD PVChrisas atvejis , Oksfordo PV vyriausiasis technologijų pareigūnas, teigia, kad bendrovė siekia sumažinti suvienodintas elektros energijos kainas – metriką, kuri lemia sistemos įrengimo ir eksploatavimo išlaidas. Nors perovskitų sluoksniavimas ant silicio padidina gamybos sąnaudas, jis sako, kad išlygintos kombinuotosios ląstelės sąnaudos laikui bėgant turėtų nukristi žemiau silicio, nes šios naujos ląstelės yra efektyvesnės. Oksfordas per pastaruosius kelerius metus pasiekė kelis šio tipo elementų efektyvumo pasaulio rekordus, pastaruoju metu siekdamas 29,5 %.
Mikrokvantų puslaidininkis , Kinijos perovskito įmonė, įsikūrusi Hangdžou mieste, taip pat imasi kai kurių silicio saulės elementų užuominų. Įmonė gamina plokštes iš standžių, stiklu dengtų elementų, pagamintų naudojant perovskitus.
„Microquanta“ bandomoji gamykla atidaryta 2020 m., o iki metų pabaigos ji turėtų pasiekti 100 megavatų. Pirkti Janą , bendrovės vyriausiasis technologijų pareigūnas. Bendrovė turi demonstracines plokštes, sumontuotas keliuose pastatuose ir saulės energijos fermose visoje Kinijoje.
Sprendimas dėl stabilumo
Per keletą metų perovskitų stabilumas pagerėjo nuo minučių iki mėnesių. Tačiau daugumai šiandien įdiegtų silicio elementų suteikiama maždaug 25 metų garantija – tai tikslas, kurio perovskitai dar gali nepasiekti.
Perovskitai yra ypač jautrūs deguoniui ir drėgmei, o tai gali trukdyti ryšiams kristale ir sustabdyti elektronų efektyvų judėjimą per medžiagą. Tyrėjai stengėsi pagerinti perovskitų tarnavimo laiką, kurdami mažiau reaktyvius perovskito receptus ir ieškodami geresnių būdų juos supakuoti.
Oxford PV, Microquanta ir Saule visi teigia, kad išsprendė stabilumo problemą, bent jau pakankamai gerai, kad galėtų parduoti savo pirmuosius produktus.
Ilgalaikio saulės elementų veikimo įvertinimas paprastai atliekamas pagreitintu bandymu, elementams ar plokštėms įrengiant ypač įtemptas sąlygas, kad būtų imituojamas ilgas nusidėvėjimas. Labiausiai paplitęs lauko silicio elementų bandymų rinkinys yra serija, vadinama IEC 61215.
„Oxford“ ir „Microquanta“ išlaikė šios serijos bandymus, susijusius su ląstelių veikimu. Saulė išlaikė kai kuriuos bandymus, bet vis dar dirba su kitais, pavyzdžiui, drėgmės testu, sako Malinkevičius.
Išlaikius visą seriją, silicio saulės baterija tarnaus mažiausiai 25 metus, nors mokslininkai negali būti tikri, ar ta pati koreliacija galioja ir naujoms medžiagoms, tokioms kaip perovskitai.
Oksfordo PV patikrino kai kuriuos iš tūkstančių junginių, sudarančių perovskitų šeimą, kad surastų stabilesnes formules. Bendrovė atsisakė atskleisti našumo detales, nors Case'as teigia, kad tikrai tikisi, kad jų gaminių tarnavimo laikas bus panašus į silicio elementų tarnavimo laiką. Bendrovė sumontavo bandomąsias plokštes ant stogo Centrinėje Europoje 2019 m. gruodį, o Case'o teigimu, kol kas plokštės, kuriose yra perovskito sluoksnio elementai, yra suirusios taip pat, kaip ir palyginimui sumontuotos komercinės silicio plokštės.
Yan iš Microquanta teigia, kad bendrovė 2020 m. vasario mėn. įrengė bandymo elementus lauke, kurie šiandien vis dar pasiekia tą pačią didžiausią galią, kaip ir tada, kai buvo sumontuoti.
„Microquanta“ demonstruoja savo saulės baterijas pastatuose ir saulės energijos fermose visoje Kinijoje.
MIKROKVANTINIS PUSLAIDINYSSiekdama pagerinti savo gaminių stabilumą, „Saule“ pakeitė metalinius kontaktus kameroje, taip pat perovskito sluoksnį. Pirmosios kartos „Saule“ plastikiniu apvalkalu perovskito elementams bus taikoma mažiausiai 10 metų veikimo garantija, sako Malinkevičius. Nors silicio elementai tarnauja ilgiau, ji tikisi, kad mažesnė kaina ir paprastas montavimas įtikins klientus su trumpesniu tarnavimo laiku.
Kai kurių tyrinėtojų šie teiginiai neįtikina. Stabilumo problemos, kiek aš žinau, nebuvo labai gerai išspręstos, sako Letian Dou , perovskito tyrinėtojas Purdue universitete Indianoje. Dou sako, kad sunku pasakyti, kuo šios įmonės užsiima, nes jos slepia savo medžiagų plėtrą, nors jis priduria, kad išorinių testų, tokių kaip IEC 61215, išlaikymas yra daug žadantis.
Dou laboratorija yra viena iš kelių, kuri neseniai buvo atrinkta gauti finansavimą iš JAV Energetikos departamento, siekiant išspręsti kai kurias likusias technologijos problemas. 2021 m. kovo mėn. departamentas paskelbė 40 milijonų dolerių dotacijų perovskitų tyrimams remti, daugiausia projektams, skirtiems šių medžiagų stabilumui gerinti ir palengvinti jų gamybą.
Nors perovskitinėms ląstelėms skiriama daugiau lėšų ir dėmesio, tik laikas parodys, ar jos gali konkuruoti, ar egzistuoti kartu su siliciu. Vis dėlto mokslininkai optimistiškai vertina galimybę tiekti pigesnę ir labiau prieinamą saulės energiją. Visi ženklai yra geri, sako Berry iš Nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos.
Ir priduria, kad net ir po ilgus metus trukusių tyrimų šioje srityje dirbančios įmonės vis tiek turės susitaikyti su tam tikru netikrumu. Jis sako, kad jei norite būti kraujuojančiame krašte, turėsite gyventi su tam tikra rizika.