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Aplicaciones de células solares de película delgada
- Jul 24, 2018 -

  El sol proyecta más energía por hora sobre la superficie de la Tierra que la energía total utilizada por los humanos en todo el mundo. Al mismo tiempo, los humanos están luchando con la contaminación ambiental, el cambio climático y el agotamiento de los combustibles fósiles. La tecnología solar puede resolver bien los problemas anteriores. La última tecnología fotovoltaica convierte la energía solar en energía eléctrica, que es superior a la energía renovable ordinaria. Entonces, ¿por qué no usamos esta tecnología superior para alimentar nuestro hogar? Cuando se le preguntó acerca de esta pregunta, la mayoría de las personas dan la respuesta de que el costo de instalación del sistema fotovoltaico es demasiado alto. Pero los nuevos productos fotovoltaicos de película delgada son baratos y buenos. En el futuro cercano, esta tecnología cambiará nuestra percepción de la electricidad y la conversión del sol en combustible.

Los paneles solares son herramientas para la energía solar continua. A menudo podemos ver paneles solares rectangulares en el techo, filas de paneles solares en los campos y pastizales. Pero el tipo de paneles solares que conocemos hasta ahora (1,7 metros de largo, 0,8 metros de ancho, 5 centímetros de alto) puede ser historia. Debido a que una nueva tecnología ya puede reemplazar a los paneles solares de silicio tradicionales, puede convertir la energía solar en electricidad de manera eficiente y económica. La nueva tecnología es células de conversión fotoeléctrica de película delgada, y para 2010, han generado 3.700 megavatios de electricidad en todo el mundo.

Después de 2010, las células solares de película delgada se han utilizado ampliamente en edificios comerciales y hogares, y la producción de electricidad se ha mejorado aún más, desde California hasta Kenia y China. Además de la flexibilidad, la siguiente discusión continuará discutiendo las ventajas y desventajas de las celdas solares de película delgada en comparación con las celdas solares convencionales, por qué son más eficientes y si las celdas solares de película delgada pueden ser un sustituto del carbón y la energía nuclear. .

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  La aplicación de células solares de película delgada: el aumento de las células solares de película delgada

Hablando de células solares, actualmente dominado en esta industria es el cristal de silicio, que está hecho de silicio refinado. Este módulo ha estado en torno a la tecnología básica de la energía solar durante más de 50 años. Desde que se inventó la primera célula solar de silicio en 1954, su número ha aumentado rápidamente, y actualmente se logra de 12% a 18% de la radiación solar convertida en energía eléctrica.

Los materiales de silicio cristalino todavía dominan los materiales de las células solares fotovoltaicas, pero en los últimos años se han producido muchos avances en la tecnología fotovoltaica de película delgada. En 2005, el silicio cristalino representó más del 95% del mercado de células solares. Sin embargo, desde ese momento, la participación de los materiales fotovoltaicos de capa fina en el mercado ha aumentado constantemente año tras año, y hoy ha representado el 25%. Cientos de empresas dedicadas a la tecnología de película delgada fotovoltaica han entrado en una nueva fase de I + D y producción.

Los productos fotovoltaicos de película fina laminada y de gran superficie se han comercializado desde la década de 1990, y la eficiencia de conversión de energía de los productos fotovoltaicos de capa fina ha alcanzado entre 6% y 11%. Cuanto mayor sea la eficiencia de conversión de energía, menos área se necesita para generar una cierta cantidad de electricidad y el otro equipo auxiliar, que es una cosa muy rentable. En la actualidad, la eficiencia de conversión de las células solares de película delgada está lejos del silicio cristalino, pero en comparación con el silicio cristalino, las células solares de película delgada tienen grandes ventajas en otros aspectos. El punto más importante es que el costo de producción de las células solares de capa delgada es bajo. Muchos paneles solares de película fina están hechos de silicio amorfo, y se usa silicio superior para preparar paneles solares de silicio. Además, las células solares de película delgada pueden estar hechas de otros materiales semiconductores, incluidos los materiales de seleniuro de galio e indio (CIGS) y los materiales de telururo de cadmio.

Aplicaciones de células solares de película delgada: proyecto de células fotovoltaicas de película fina a escala

Una pregunta clave en el campo de la energía renovable es cuando la tecnología solar fotovoltaica a gran escala puede competir o ser equivalente al precio de la electricidad de los combustibles fósiles. De hecho, la tecnología fotovoltaica de película delgada a gran escala ya tiene un costo menor que la energía nuclear, pero actualmente es más costosa que la quema de carbón.

Muchos productores de celdas solares de película fina han logrado reducir costos, y el líder actual en este campo es First Solar, ubicado en Tempe, Arizona. First Solar produjo 1 GW de electricidad a través de una batería de telururo de cadmio en 2009. En otras palabras, 1 gigavatio equivale a la producción total de 250,000 sistemas solares fotovoltaicos de película delgada para el hogar a gran escala.

First Solar logró una eficiencia promedio de conversión de energía de 10.9% en 2009, y sus productos se convirtieron en los productos de mayor eficiencia energética en productos de película. La compañía también resolvió el problema del cadmio de metales pesados utilizado en la producción y diseñó un sistema circulatorio para evitar que el cadmio, una sustancia nociva, se descargue junto con los desechos.

En los últimos años, First Solar ha reducido significativamente sus costos de producción. Su costo es solo la mitad de los materiales a base de silicio u otros productos solares de capa delgada actualmente en el mercado. Sus medidas de reducción de costos incluyen un tiempo de producción reducido y tiempo de instalación para equipos a gran escala. Comparado con otras compañías en la misma industria, los costos de instalación de equipos a gran escala de First Solar se han reducido en un 10% a 15%, pero su producción es aproximadamente 10% más alta que la producción de compañías de cristal de silicio (con la misma eficiencia de diseño) bajo ) En los próximos cinco años, First Solar se enfocará en aumentar la eficiencia de producción en otro 15% y reducir aún más sus costos de producción. Si la empresa tiene realmente éxito en el logro de los objetivos anteriores, obtener electricidad de una instalación solar de película delgada a gran escala será tan barato como obtener electricidad de los combustibles fósiles.

¿Podemos instalar dispositivos de conversión fotoeléctrica en el techo de cada casa?

En el futuro, usar más paneles solares de película delgada a gran escala será el paso correcto, lo que significa que más consumidores podrán comprar energía limpia, pero el control de la producción de energía aún estará controlado por unas pocas grandes compañías y unidades municipales. . Además, la transferencia de energía desde áreas con buena luz solar (como el suroeste) a áreas con condiciones de poca luz requiere una gran cantidad de dinero para construir una red de transmisión de energía y, al mismo tiempo, la base para almacenar el exceso de electricidad y electricidad. luego soltándolo. Las instalaciones también son esenciales. Una alternativa a la producción concentrada de energía es dispersar la energía de producción en diferentes lugares. Además de fabricar paneles solares nuevos y grandes, ¿por qué no instalamos paneles solares en todas las casas y estacionamientos? La producción se lleva a cabo de una manera que es cero. Creo firmemente que la energía solar obtenida en hogares y estacionamientos en los Estados Unidos será suficiente para proporcionar toda la energía que necesitamos. De hecho, algunas políticas actuales de los Estados Unidos ya han respaldado esta práctica.

Dado que los paneles solares de película fina son muy livianos, es factible incorporarlos a los edificios, como la fabricación de techos. La construcción de paneles solares integrados es una idea nueva. De hecho, los arquitectos comenzaron a usar materiales solares fotovoltaicos para hacer techos en la década de 1980, y los materiales de vidrio utilizados actualmente para hacer techos son costosos y ampliamente cuestionados. El vidrio es transmisor de la luz, tiene una larga vida útil y no se ve afectado por el clima, pero es frágil y no es un material ideal para hacer techos.

Hace más de una década, los materiales solares apilados de película delgada de silicio amorfo destacaron las ventajas de utilizar materiales solares de película delgada para hacer techos. En 2001, Solar Integrated Technologies desarrolló un nuevo proceso para convertir materiales solares laminados en materiales de película para edificios comerciales. Solar Integrated Technology es una de las primeras compañías en producir en masa células fotovoltaicas de película delgada. En 2009, una serie de grandes empresas comenzaron a ingresar en este campo.

Hay muchas otras posibilidades para la aplicación de la construcción de materiales fotovoltaicos integrados. Por ejemplo, en algunos casos, los dispositivos fotovoltaicos de vidrio pueden reemplazar los materiales de construcción convencionales para la fabricación de toldos y el frente de las casas. También hay compañías que producen materiales fotovoltaicos de película delgada para la fabricación de ventanas. Además, el desarrollo de líneas laterales de ferrocarril solar baratas también tiene un gran potencial. El surgimiento de cada nueva tecnología traerá muchas aplicaciones prácticas. Las personas del futuro pueden preguntarse por qué estamos quemando combustibles fósiles para obtener electricidad. Pero no tenemos que esperar hasta el futuro, porque ahora podemos convertir la luz solar en electricidad a través de materiales fotovoltaicos de capa fina.

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Aplicaciones de células solares con película delgada - Células solares de película delgada

1. Silicio amorfo.

La película amorfa de silicio es una de las materias primas básicas de las células solares, también conocida como silicio microcristalino. Según diferentes materiales, las células solares de silicio actuales se pueden dividir en tres categorías: células solares de silicio monocristalino, células solares de silicio policristalino y células solares de película delgada. Las películas de silicio amorfo son relativas al silicio monocristalino y al silicio policristalino. Como un nuevo tipo de célula solar, las células solares de capa delgada tienen amplias perspectivas de mercado debido a su amplia gama de materias primas, bajos costos de producción y fácil producción en masa. Las baterías de película delgada se dividen básicamente en tres tipos: baterías de película fina de silicio no microcristalinas, baterías de película fina CIGS y baterías de película delgada CdTe. Entre ellos, GIGS tiene la mayor eficiencia de conversión, alrededor de 10% a 12%, la eficiencia de conversión de CdTe es la segunda, aproximadamente 8.5% a 10.5%, y las baterías no microcristalinas son las más bajas, generalmente 6% a 8%; En términos de accesibilidad, la materia prima de la batería no microcristalina es el silano, que es el más común, mientras que las materias primas de las otras dos baterías contienen compuestos de elementos raros, y la disponibilidad es baja. En los últimos años, las células solares de película delgada de silicio amorfo han emergido gradualmente de varios tipos de células solares, creando un boom de inversión en todo el mundo. Se comercializarán células solares de película delgada de sustrato de vidrio de gran tamaño, lo que acelerará en gran medida la promoción y la popularización de la integración de edificios fotovoltaicos, los sistemas de generación de energía conectados a la red en la azotea y las plantas de energía fotovoltaica. Al mismo tiempo, la batería de película delgada de silicio amorfo se atenúa débilmente en condiciones de alta temperatura, por lo que también es adecuada para la construcción de estaciones de energía en áreas desérticas y de alta temperatura.

2. Tablero de cobre y seleniuro de indio y galio.

CIGS es una abreviatura de la batería de película delgada solar CuInxGa (1-x) Se2, que tiene las ventajas de buena estabilidad, buena resistencia a la radiación, bajo costo y alta eficiencia. La mayor eficiencia de conversión de la celda solar de película fina CIGS de muestra pequeña fue del 21,7% en diciembre de 2014, y fue preparada por co-evaporación por el Instituto alemán de investigación de energía solar y de hidrógeno ZSW. La eficiencia de conversión y el rendimiento de los módulos de batería de área grande varían de acuerdo con el proceso de preparación de cada compañía, y generalmente están en el rango de 10% a 15%. La célula solar de película fina de seleniuro de cobre e indio galio tiene las características de bajo costo de producción, baja contaminación, no degradación, buen rendimiento con poca luz, etc. La eficiencia de conversión fotoeléctrica es la primera entre varias células solares de película delgada, cerca del silicio cristalino solar celular, y el costo es una batería de silicio cristalino. Un tercio de lo que se llama internacionalmente "un nuevo tipo de célula solar de película delgada que es muy prometedora en la próxima era". Además, la batería tiene una apariencia negra suave y uniforme, que es una opción ideal para lugares con altos requisitos de apariencia, como muros cortina de vidrio para edificios grandes, y tiene un gran mercado en edificios modernos de gran altura. Aunque las baterías CIGS tienen las ventajas de alta eficiencia y bajo costo de material, también enfrentan tres problemas principales: (1) proceso complicado y alto costo de inversión. (2) suministro insuficiente de materias primas clave. (3) la capa de amortiguación CdS es potencialmente tóxica. .

3. Telururo de cadmio.

CdTe es un semiconductor compuesto II-VI con un espacio de banda de 1.5eV, que es muy compatible con el espectro solar. Es el más adecuado para la conversión de energía fotoeléctrica. Es un buen material PV con alta eficiencia teórica (28%) y un rendimiento estable. Siempre ha sido valorado por la industria fotovoltaica y es una batería de película delgada que se ha desarrollado rápidamente en tecnología. El telururo de cadmio se deposita fácilmente en una película de gran área y tiene una alta tasa de deposición. Las células solares de película fina CdTe son las más fáciles de fabricar en células solares, por lo que es la comercialización de más rápido crecimiento. Para mejorar la eficiencia, es necesario optimizar la estructura de la batería y el material de cada capa. Reduce apropiadamente el espesor de la capa de ventana CdS, que puede reducir la pérdida de luz incidente, aumentando así la respuesta de onda corta de la batería para mejorar la densidad de corriente de cortocircuito, y la batería CdTe con mayor eficiencia de conversión Una ventana CdS más delgada capa se utilizó para establecer un registro. Para reducir los costos, es necesario reducir la temperatura de deposición de CdTe por debajo de 550 ° C para adaptarse al vidrio barato como sustrato; los resultados de laboratorio deben pasar por el diseño, la investigación y la optimización de componentes y modelos de producción.

4. Células solares de película delgada orgánica.

Las células solares orgánicas, como su nombre indica, son células solares que se componen de materiales orgánicos. El material orgánico que tiene propiedades fotosensibles se usa principalmente como material de un semiconductor, y se genera un voltaje mediante un efecto fotovoltaico para formar una corriente, comprendiendo así el efecto de la generación de energía solar. Las células solares de película delgada tienen ventajas significativas, como bajo precio potencial, fácil procesamiento, formación de película de gran superficie, designabilidad de propiedades moleculares y de película, peso liviano, flexibilidad, etc., pero los semiconductores orgánicos tienen una menor movilidad de portadores que los semiconductores inorgánicos. Pobre estabilidad. En la actualidad, la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células solares orgánicas es muy baja, y solo es posible aumentar la eficiencia de conversión fotoeléctrica a más del 5%.


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