چرا پیشرفت ها در مواد پنل خورشیدی اهمیت دارند؟

انرژی خورشیدی در حال تبدیل شدن به بخشی جدایی ناپذیر از زندگی ما است. پنل های خورشیدی باید ارزان تر ساخته شوند، اما همچنین به اندازه ای قدرتمند باشند که نیاز روزافزون انرژی را برآورده کنند و با تغییرات اقلیمی مبارزه کنند.

اینجاست که آخرین روند مواد سلول خورشیدی وارد عمل می شود.

مواد جدیدی که وارد می شوند، مانند پروسکایت ها، راندمان پنل خورشیدی را بسیار بالاتر از قبل می برند. اگر این مواد جدید ساخته شوند، پنل های خورشیدی با کاهش قیمت می توانند به هزاران نفر امکان دسترسی به انرژی پاک را بدهند.

با بهبود مواد پنل خورشیدی، یک قدم به سبزتر کردن انرژی و در دسترس تر کردن آن برای همه نزدیک تر می شویم.

مشاهده رشد مواد سلول خورشیدی مانند دیدن تولد یک نوزاد تکنولوژیک بوده است. اگرچه صفحه نمایش های سیلیکونی شروع مثبتی داشتند، اما اکنون بسیاری از افراد در مورد ایده استفاده از مواد جدید تردید دارند.

به مواد سلول خورشیدی پلیمری تا سال ۲۰۲۳، کارایی خود را ۱۹.۳ درصد بهبود داده بودند. این رقم در سال ۲۰۱۵ بیش از ۱۰ درصد بود! پنل ها و پلیمرهای قابل اتصال، آخرین روند در مواد خورشیدی، شکستن زمینه جدید و ارائه امکانات جدید و جذاب هستند.

انتظار می رود بازار سلول های خورشیدی نسل بعدی به سرعت افزایش یابد و از ۲.۵۳ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۳ به ۲.۹۵ میلیارد دلار در سال ۲۰۲5 با سرعت ۱۶.۶ درصد در سال برسد.

وضعیت فعلی مواد پنل خورشیدی

این روزها، مواد مورد استفاده برای میزان انرژی جذب شده توسط این پنل های خورشیدی که از خورشید نشات می گیرند، بسیار زیاد به حساب می آیند.

حال بیایید نگاهی به چند مورد از محبوب ترین مواد اولیه مورد استفاده برای ساخت پنل های خورشیدی و نحوه کمک آن ها به تامین انرژی جهان بیندازیم:

سیلیکون

اول سیلیکون است. سیلیکون دهه ها است که تولید و استفاده می شود. علاوه بر این، احتمالا هنوز هم یکی از بهترین محصولات در پنل های خورشیدی است. این محصول نسبتا کارآمد، بادوام و… است.

پنل های خورشیدی فیلم نازک

با پیشرفت تکنولوژی، در گذشته نه چندان دور، پنل های خورشیدی لایه نازک پا به سن گذاشته اند زیرا ماده آن ها ممکن است تلورید کادمیوم یا سیلیکون آمورف باشد که در اصل یک شکل غیر کریستالی است. آن ها سبک تر اما انعطاف پذیر هستند.

مس ایندیم گالیوم سلنید یا CIGS

نوع دیگری از مواد فیلم نازک CIGS است که افزایش مرحله ای در کارایی دارد.

محدودیت های مواد موجود

در حالی که پنل های خورشیدی پیشرفت زیادی داشته اند، اما بدون مشکل نیستند.

کارایی

کارایی در واقع میزان نور خورشید است که یک پنل خورشیدی می تواند به انرژی قابل استفاده تبدیل کند. حالا، اگر به یک پنل خورشیدی مانند اسفنجی فکر کنید که نور خورشید را جذب می کند، هرچه بیشتر جذب شود، بهتر است، درست است؟

پنل های خورشیدی سنتی ساخته شده از سیلیکون تنها می توانند حدود ۱۵ تا ۲۲ درصد از نور خورشید را به انرژی تبدیل کنند. این بدان معناست که به ازای هر ۱۰۰ واحد نور خورشید، تنها یک قطعه کوچک به برق قابل استفاده تبدیل می شود.

هزینه

اینجاست که همه چیز پیچیده می شود. پنل های خورشیدی می توانند کمی گران قیمت باشند. پنل های سیلیکونی قابل اعتماد هستند، اما ساخت آن ها هزینه بیشتری دارد.

به همین دلیل است که نصب اولیه گاهی اوقات می تواند مردم را دچار تردید کند. و در حالی که هزینه در طول زمان کاهش یافته است، هنوز هم به نظر می رسد که شما حق بیمه پرداخت می کنید.

پنل های فیلم نازک ارزان تر هستند، اما به یاد داشته باشید که کارایی کمتری دارند، بنابراین به پنل های بیشتری برای تولید همین میزان برق نیاز خواهید داشت.

دوام

پنل های خورشیدی برای دوام طراحی شده اند اما محدودیت هایی دارند. به عنوان مثال، پنل های لایه نازک بسیار سبک هستند و در نتیجه بسیار سریع تر از پنل های مبتنی بر سیلیکون سنگین تر تجزیه می شوند.

اگرچه پنل های سیلیکونی تا ۲۵ تا ۳۰ سال دوام می آورند، اما شکست ناپذیر نیستند. آب و هوای سخت، مانند طوفان های تگرگ یا باده ای شدید، باعث می شود که آن ها هم مانند خودروی شما در یک طوفان بد آسیب ببینند.

اندازه و الزامات فضا

این موردی است که بسیاری از افراد در ابتدا به آن فکر نمی کنند. اگرچه پنل های خورشیدی سیلیکونی کارآمدتر از پنل های لایه نازک هستند، اما فضای زیادی را برای تولید برق کافی اشغال می کنند.

سعی کنید کل خانه خود را با مجموعه ای از پنل های بزرگ و حجیم روی سقف تصور کنید. اگر سقف کوچکی دارید یا در یک شهر متراکم زندگی می کنید، ممکن است برای جا دادن تمام پنل های مورد نیاز خود دچار مشکل شوید.

ذخیره انرژی

حالا این یکی مستقیما در مورد خود پنل ها نیست اما هنوز هم بخش بزرگی از معادله است. پنل های خورشیدی، صرف نظر از اینکه چقدر کارآمد باشند، تنها زمانی می توانند کار کنند که خورشید می تابد.

در شب یا روز ابری چه اتفاقی می افتد؟ ما برای ذخیره انرژی جمع آوری شده در طول روز به باتری ها یا سیستم های ذخیره انرژی نیاز داریم. راه حل های ذخیره سازی انرژی هنوز گران هستند و این فن آوری به اندازه کافی برای انتظارات ما پیشرفته نیست.

محدودیت های تولید و مواد سلول خورشیدی

فرآیند ساخت پنل های خورشیدی آن طور که به نظر می رسد آسان نیست. برای مثال سیلیکون برای تولید به انرژی زیادی نیاز دارد و این فرآیند همیشه سازگار با محیط زیست نیست.

اگرچه این روش هنوز هم بسیار بهتر از سوزاندن سوخت های فسیلی است، اما ما همیشه به دنبال راه هایی برای تولید پاک تر و ارزان تر هستیم.

پنل های فیلم نازک در این زمینه کمی بهتر هستند، اما هنوز هم چالش های خاص خود را دارند. مواد به کار رفته برای پنل های خورشیدی همیشه به شیوه ای پایدار تامین نمی شوند، بنابراین تاثیر کلی زیست محیطی انرژی خورشیدی را تحت تاثیر قرار می دهند.

حساسیت دما

پنل های خورشیدی، به خصوص انواع سیلیکونی، دمای زیاد را دوست ندارند. اگرچه آن ها می توانند گرما را به خوبی تحمل کنند، اما وقتی بیش از حد داغ می شوند، کارایی آن ها کاهش می یابد.

تصور کنید در آفتاب سوزان مسابقه می دهید – شما هم کند می شوید، درست است؟ پنل های خورشیدی نیز همین رفتار را دارند. دمای بالا می تواند خروجی انرژی آن ها را کاهش دهد.

این بدان معنی است که در مکان هایی با آب و هوای بسیار گرم، ممکن است پنل های خورشیدی در بهترین حالت خود عمل نکنند.

مشکلات زیبایی و یکپارچگی

پنل های خورشیدی گاهی اوقات تصویری کاملا حجیم و بدون جا روی پشت بام می گیرند. پنل فیلم نازک کمی انعطاف پذیر به نظر می رسد و مصالح ساختمانی مانند پنجره ها یا پشت بام ها را یکپارچه می کند با این حال به نظر می رسد آن ظاهر تیز یا براقی که همه در بازار هدف قرار می دهند را ندارد.

همه دوست دارند طرح هایی از سبک های تمیز و مدرن را بدون استفاده از پنل های خورشیدی ببینند.

بیایید در مورد برخی از آخرین روندهای مواد خورشیدی صحبت کنیم که واقعا در حال تغییر در صنعت خورشیدی هستند. این نوآوری ها به انرژی خورشیدی کمک زیادی می کنند و ما را به آینده ای پاک تر و سبزتر نزدیک تر می کنند.

۱. سلول های خورشیدی پروسکایت

پروسکایت ها گروهی از مواد هستند که به سرعت به خاطر پتانسیل شگفت انگیزشان در پنل های خورشیدی مورد توجه قرار می گیرند. آن ها از تنها ۳ درصد کارایی در سال ۲۰۰۹ به ۲۵ درصد امروزی رسیده اند ساخت آن ها ارزان تر و تولید آن ها آسان تر از سلول های خورشیدی سیلیکونی سنتی است.

یک پنل خورشیدی را تصور کنید که نه تنها بهتر، بلکه سریع تر و ارزان تر تولید می شود – این چیزی است که پروسکایت ها ارائه می دهند.

۲. پنل های خورشیدی زیستی

پنل های خورشیدی زیستی مانند مولتی تسکینگ های دنیای خورشیدی هستند. این پنل ها می توانند نور خورشید را هم از جلو و هم از پشت جمع کنند.

این بدان معنی است که آن ها می توانند نور خورشید منعکس شده از سطوحی مانند زمین یا پشت بام ها را ثبت کنند و کارایی کلی آن ها را افزایش دهند.

بنابراین، کمی شبیه این است که برای باک خود انرژی بیشتری بگیرید – شما انرژی بیشتری را از همان فضا مهار می کنید!

۳. سلول های خورشیدی پشت سر هم

سلول های خورشیدی پشت سر هم مانند تیمی از ابرقهرمانان هستند که با هم کار می کنند. آن ها دو نوع مختلف از سلول های خورشیدی را برای جذب نور خورشید بیشتر و تبدیل آن به انرژی ترکیب می کنند.

یک لایه نور خورشید را جذب می کند، در حالی که لایه دیگر طول موج های مختلفی را جذب می کند و کل سیستم را کارآمدتر از سلول های تک لایه معمولی می کند. به این فکر کنید که به جای یک دست، از هر دو دست برای گرفتن توپ استفاده کنید.

۴. سلول های خورشیدی زیستی و چندوجهی

این سلول ها همه چیز را یک قدم جلوتر می برند. با ترکیب چندین لایه از مواد که هر کدام بخش های مختلف نور خورشید را جذب می کنند، سلول های چند اتصالی کارایی را به طور چشمگیری افزایش می دهند.

۵. سلول های خورشیدی فیلم نازک

سلول های خورشیدی فیلم نازک، سبک و انعطاف پذیر هستند و آن ها را برای کاربردهایی که ممکن است پنل های سنتی بیش از حد حجیم باشند، عالی می کنند.

آن ها از لایه هایی از مواد نیمه رسانا ساخته شده اند که تنها بخشی از ضخامت پنل های خورشیدی سیلیکونی هستند. تولید آن ها ارزان تر است و می توان از آن ها روی سطوحی مانند پنجره ها یا سقف ها که پنل های سنتی مناسب نیستند، استفاده کرد.

۶. فتوولتائیک های آلی (OPV)

OPV ها از مواد آلی (اساسا مبتنی بر کربن)برای تولید انرژی خورشیدی استفاده می کنند. این پنل ها همانند سلول های خورشیدی فیلم نازک، سبک و انعطاف پذیر هستند، اما مزیت دیگر آن ها سازگار بودن با محیط زیست در تولیداست.

اگرچه آن ها هنوز از نظر کارایی در مقایسه با سیلیکون عقب هستند، اما تولید کم هزینه و انعطاف پذیری آن ها آن ها را به کاندیدای خوبی برای آینده، به خصوص در پوشیدنی ها یا ابزارهای قابل حمل تبدیل می کند.

فن آوری نانو در سلول های خورشیدی

استفاده از نانومواد در مواد سلول خورشیدی به ما در بهبود جذب نور و در نتیجه افزایش کارایی سلول ها کمک می کند. نقاط کوانتومی ذرات کوچکی هستند که نور را به شیوه ای بسیار بهتر جذب می کنند و در نتیجه سلول های خورشیدی بعدی را در تبدیل نور خورشید به انرژی بسیار بهتر می کنند.

بهبود روش های تکنیک های تولید

اما این تنها بهبود مادی نیست که به چگونگی دستیابی به این هدف نیز اشاره دارد. یکی از ایده های جالب، توسعه سلول های خورشیدی انعطاف پذیر و سبک است که برای قابلیت حمل عالی هستند.

حتی ممکن است پنل های خورشیدی را در جایی ببینید که پنل های معمولی نمی توانند – روی کوله پشتی یا لباس!

این کار مانند انتشار یک روزنامه اما با استفاده از انرژی خورشیدی، فرآیند هزینه تولید را سرعت می بخشد و کاهش می دهد! این پیشرفت ها باعث می شوند که انرژی خورشیدی نه تنها قیمت مناسب تری داشته باشد، بلکه گنجاندن آن در زندگی روزمره ما نیز ساده تر شود.

نتیجه گیری

رونده ای جدید در مواد سلول خورشیدی راه های جدید و هیجان انگیزی را برای جمع آوری و استفاده از انرژی باز کرده است.

آینده این نوآوری ها به تحقیق و سرمایه گذاری بستگی دارد که به ما اجازه می دهد از جریان های جدید انرژی تجدیدپذیر که ممکن است در نهایت جزر و مد را تغییر دهند، استفاده کنیم.

هر یک از ما با استقبال گرم از ورود انرژی خورشیدی به بخش هایی از زندگی خود، چه به عنوان سرمایه گذاری و چه در حمایت از گزینه های سبزتر، می توانیم در ایجاد یک دنیای پاک و جذاب به لطف انرژی خورشیدی تغییری ایجاد کنیم.