211service.com
Vai aizraujošākais jaunais saules materiāls var attaisnot savu ažiotāžu?
Perovskīts solās būt lētāks un efektīvāks nekā silīcijs, un vairāki uzņēmumi apgalvo, ka ir tuvu tā ražošanai apjomā.
2021. gada 29. jūnijs
Vītolu tehnoloģijas
Lai pārbaudītu perovskīta saules baterijas laboratorijā, bija nepieciešams pienācīgs skriešanas apavu pāris. Materiāli sabruka tik ātri, ka zinātnieki novērsa šūnu izgatavošanas vietu līdz testēšanas vietai, mēģinot izmērīt to veiktspēju, pirms šūnas noārdījās viņu rokās — parasti dažu minūšu laikā.
Perovskīti jau sen ir valdzinājuši pētniekus ar solījumu ražot lētas, īpaši efektīvas saules baterijas. Un tagad vairāki uzņēmumi sper lielus panākumus komerciālu perovskīta saules bateriju ražošanā.
Bet materiālu nestabilitāte ir draudējusi izjaukt to ceļu uz jumtiem un spēkstacijām. Lai gan daži uzņēmumi apgalvo, ka ir atrisinājuši šo problēmu, vismaz pietiekami labi, lai gada laikā laistu tirgū sākotnējos produktus, daži pētnieki joprojām ir skeptiski.
Cilvēki vēlas, lai es teiktu: 'Es noteikti zinu, ka tas būs stabils, tas būs efektīvs, un mēs iekarosim pasauli,' saka. Džozefs Berijs , kurš vada perovskīta pētniecības programmu ASV Nacionālā atjaunojamās enerģijas laboratorija. Un daļa no manis tam tic, bet daļa no manis kā zinātnieka saka: 'Man nav datu.'
Saules sauļošanās
Perovskīti ir sintētiski materiāli, lēti un salīdzinoši vienkārši ražojami pat lielos daudzumos. Parastie perovskīti, ko izmanto fotoelementos, parasti ir kaut kas līdzīgs metilamonija svina halogenīdam, bet perovskītu saimē ir tūkstošiem materiālu, kuriem ir tāda pati kristāla struktūra. Pārklāti uz elastīgas pamatnes, tie var ražot plānas plēves saules baterijas, kas ir vieglas un saliekamas.
Lai gan pēdējo desmitgažu laikā ir parādījušies vairāki jauni fotoelementu materiāli, neviens no tiem nav īpaši ietekmējis tirgu, kurā dominē silīcijs. Tas ir atrodams aptuveni 95% esošo saules bateriju.
Daži perovskītu uzņēmumi, piemēram Vītolu tehnoloģijas Varšavā cenšas atstāt silīciju pavisam. Uzņēmums, kas dibināts 2014. gadā, izstrādāja tintes strūklas drukas procesu elastīgā plastmasā iesaiņotu perovskīta saules bateriju ražošanai. Panelis, kurā atrodas Saules šūnas, ir apmēram desmito daļu smagāks par tāda paša izmēra silīcija paneli.
Maijā Saule atklāja rūpnīcu, kas ik gadu spēj saražot ap 40 000 kvadrātmetru paneļu. Tas ir pietiekami, lai ģenerētu aptuveni 10 megavatus (dažas rūpnīcas, kas ražo silīcija elementus, ir simtiem reižu lielākas).
Saistīts stāsts
Šīs elastīgās saules baterijas tuvina mūs fosilā kurināmā ieraduma atmešanai Nevienam saules materiālam nav izdevies aizstāt silīciju. Perovskīti, kas ir daudz lētāki un no kuriem var izgatavot elastīgus moduļus, varētu to mainīt.Lai gan perovskītiem ir potenciāls sasniegt augstu efektivitāti ( pasaules rekords tikai perovskīta šūnai ir tikai nedaudz vairāk par 25%), lielākā daļa no labākajiem perovskīta šūnām mūsdienās ir niecīgas — mazāk nekā collu platas.
Palielinot apjomu, ir grūtāk sasniegt potenciālās efektivitātes robežas. Šobrīd Saules paneļi, kas ir metru plati, sasniedz ap 10% efektivitāti. Tas ir mazāks par līdzīgu izmēru komerciāliem silīcija paneļiem, kuru efektivitāte parasti ir aptuveni 20%.
Olga Maļinkeviča , Saules dibinātājs un galvenais tehnoloģiju speciālists, saka, ka uzņēmuma mērķis bija dabūt ārā tikai perovskīta saules bateriju, un zemākai efektivitātei nebūs nozīmes, ja tehnoloģija būs pietiekami lēta.
Saule cenšas iet tur, kur silīcija saules paneļi nenāks: uz jumtiem, kas nevar izturēt smago stikla apvalku paneļu svaru, vai uz specializētākām pielietojumiem, piemēram, ar saules enerģiju darbināmām žalūzijām, kuras uzņēmums šobrīd testē.
Kamēr Saule laiž klajā plānās plēves produktus vairākām nišas lietojumprogrammām, citi uzņēmumi cer pārspēt vai vismaz pievienoties silīcijam savā spēlē. Apvienotajā Karalistē Oksfordas PV iekļauj perovskītus kombinētajās perovskīta-silīcija šūnās.
Tā kā silīcijs absorbē gaismu virzienā uz redzamā spektra sarkano galu, un perovskītus var noregulēt, lai absorbētu dažādus viļņu garumus, perovskīta slāņa pārklāšana virs silīcija šūnām ļauj kombinētajām šūnām sasniegt augstāku efektivitāti nekā tikai silīcijam.
Oksfordas PV kombinētās šūnas ir smagas un stingras, piemēram, tikai silīcija šūnas. Taču, tā kā jaunās šūnas ir vienāda izmēra un formas, tās var viegli ievietot paneļos jumta blokiem vai saules enerģijas fermām.
Oxford PV apvieno perovskītu un silīciju, lai izveidotu augstas efektivitātes saules baterijas.
OXFORD PVKriss Lieta , Oksfordas PV galvenais tehnoloģiju vadītājs, saka, ka uzņēmums koncentrējas uz elektroenerģijas izlīdzināto izmaksu samazināšanu, kas ir metrika, kas ietekmē sistēmas uzstādīšanas un ekspluatācijas izmaksas. Lai gan perovskītu slāņošana virs silīcija palielina ražošanas izmaksas, viņš saka, ka kombinētās šūnas izlīdzinātajām izmaksām laika gaitā vajadzētu pazemināties zem silīcija, jo šīs jaunās šūnas ir efektīvākas. Oksforda pēdējos gados ir uzstādījusi vairākus pasaules rekordus šāda veida šūnu efektivitātes ziņā, pēdējā laikā sasniedzot 29,5%.
Mikrokvantu pusvadītājs Ķīnas perovskīta uzņēmums, kas atrodas Hangdžou, arī izmanto dažus silīcija saules bateriju elementus. Uzņēmums ražo paneļus no stingrām, stikla apvalka šūnām, kas izgatavotas ar perovskītu.
Microquanta izmēģinājuma rūpnīca tika atvērta 2020. gadā, un līdz gada beigām tās jaudai vajadzētu sasniegt 100 megavatus. Buyi Yan , uzņēmuma galvenais tehnoloģiju speciālists. Uzņēmums ir uzstādījis demonstrācijas paneļus vairākās ēkās un saules enerģijas fermās visā Ķīnā.
Risinājums stabilitātei
Perovskītu stabilitāte dažu gadu laikā uzlabojās no minūtēm līdz mēnešiem. Taču lielākajai daļai mūsdienās uzstādīto silīcija elementu garantija ir aptuveni 25 gadi, kas ir mērķis, kuru perovskīti, iespējams, vēl nevar sasniegt.
Perovskīti ir īpaši jutīgi pret skābekli un mitrumu, kas var traucēt kristāla saitēm, neļaujot elektroniem efektīvi pārvietoties caur materiālu. Pētnieki ir strādājuši, lai uzlabotu perovskītu kalpošanas laiku, gan izstrādājot mazāk reaģējošas perovskīta receptes, gan atrodot labākus veidus, kā tos iepakot.
Oxford PV, Microquanta un Saule visi apgalvo, ka ir atrisinājuši stabilitātes problēmu, vismaz pietiekami labi, lai pārdotu savus pirmos produktus.
Saules bateriju ilgtermiņa veiktspējas novērtēšanu parasti veic, veicot paātrinātu testēšanu, ievietojot elementus vai paneļus īpaši saspringtos apstākļos, lai modelētu gadiem ilgu nolietojumu. Visizplatītākais āra silīcija elementu testu komplekts ir sērija, ko sauc par IEC 61215.
Gan Oksforda, gan Microquanta ir izturējuši testus šajā sērijā saistībā ar šūnu veiktspēju. Saule ir izturējusi dažus testus, bet joprojām strādā pie citiem, piemēram, mitruma testa, saka Maļinkevičs.
Pilnas sērijas nokārtošana parasti nozīmē, ka silīcija saules panelis kalpos vismaz 25 gadus, lai gan pētnieki nevar būt pārliecināti, vai tā pati korelācija attiecas uz jauniem materiāliem, piemēram, perovskītiem.
Oksfordas PV pārbaudīja dažus no tūkstošiem savienojumu, kas veido perovskītu ģimeni, lai atrastu stabilākus preparātus. Uzņēmums atteicās izpaust informāciju par veiktspēju, lai gan Case saka, ka viņi noteikti sagaida, ka viņu produktu kalpošanas laiks būs līdzīgs silīcija elementiem. Uzņēmums uzstādīja testa paneļus uz jumta Centrāleiropā 2019. gada decembrī, un Case saka, ka līdz šim paneļi, kuros ir perovskīta slāņa šūnas, uzrāda tādu pašu degradāciju kā komerciālie silīcija paneļi, ko tie uzstādīja salīdzinājumam.
Yan no Microquanta saka, ka uzņēmums 2020. gada februārī uzstādīja testa šūnas ārpus telpām, kas joprojām sasniedz tādu pašu maksimālo jaudu kā to uzstādīšanas laikā.
Microquanta demonstrē savus saules paneļus uz ēkām un saules enerģijas fermās visā Ķīnā.
MIKROKVANTA PULVADĪTĀJSLai uzlabotu izstrādājumu stabilitāti, Saule veica izmaiņas metāla kontaktos šūnā, kā arī perovskīta slānī. Saules pirmās paaudzes plastmasas apvalkotajām perovskīta šūnām būs vismaz 10 gadu darbības garantija, saka Maļinkevičs. Lai gan silīcija šūnas kalpo ilgāk, viņa cer, ka zemākā cena un uzstādīšanas vienkāršība pārliecinās klientus pieņemt īsāku kalpošanas laiku.
Dažus pētniekus šie apgalvojumi nepārliecina. Stabilitātes problēmas, cik man zināms, nav tik labi risinātas, saka Letians Du , perovskīta pētnieks Purdjū Universitātē Indiānā. Dou saka, ka ir grūti pateikt, ko šie uzņēmumi dara, jo tie savus materiālu izstrādi tur noslēpumā, lai gan viņš piebilst, ka ārējo testu, piemēram, IEC 61215, nokārtošana ir daudzsološa.
Dou laboratorija ir viena no vairākām, kas nesen tika izvēlēta, lai saņemtu finansējumu no ASV Enerģētikas departamenta, lai mēģinātu atrisināt dažas ar tehnoloģiju saistītās atlikušās problēmas. 2021. gada martā, departaments paziņoja 40 miljonu dolāru dotācijas, lai atbalstītu perovskītu izpēti, galvenokārt projektiem, kuru mērķis ir uzlabot šo materiālu stabilitāti un atvieglot to ražošanu.
Lai gan perovskīta šūnas saņem vairāk finansējuma un uzmanības, tikai laiks rādīs, vai tās var konkurēt vai pastāvēt līdzās ar silīciju. Tomēr pētnieki ir optimistiski noskaņoti par iespēju nodrošināt lētāku, pieejamāku saules enerģiju. Visas pazīmes ir labas, saka Berijs Nacionālajā atjaunojamās enerģijas laboratorijā.
Un viņš piebilst, ka pat pēc gadiem ilgas izpētes uzņēmumiem, kas strādā šajā jomā, joprojām būs jāsamierinās ar zināmu nenoteiktību. Viņš saka, ka, ja vēlaties būt asiņošanas malā, jums būs jāsadzīvo ar zināmu risku.