Koji se materijali koriste u solarnim sustavima? - Znanje

Fotonaponski (PV) materijali: Srce solarne energije

1. Solarni paneli

Većina solarnih panela izrađena je od silicija, koji je jeftin i ima ga u izobilju u okolišu. Na temelju svojstva silikona, da pretvara svjetlost u električnu energiju, postoje dvije osnovne varijante ploča koje proizvodi silokon: mono i multi polisilokon; zatim postoje tankoslojne ploče. Ovi tankoslojni paneli mogu sadržavati druge elemente kao što su: kadmij telurid, bakar indij galij selenid, drugi amorfni silicij i naravno ponovno silokon. Tipično, tankoslojne ploče također su jeftinije od polikristala, no njihova je stopa pretvorbe energije obično niža od polisilokonskih ploča.

2. Izmjenjivači
Inverteri se također izrađuju od poluvodiča i silicija. Većina ljudi koristi središnji pretvarač kao svoju vrstu pretvarača. Najtrajniji je i najpouzdaniji.

3. Montažni sustavi

Montažni sustavi izrađeni su od materijala otpornih na vremenske uvjete poput aluminija, nehrđajućeg čelika i pocinčanog čelika.

4. Ožičenje i električne komponente
Bakar služi kao glavni vodič ožičenja. Kako bi zaštitili ožičenje od oštećenja i okoliša, bakrene žice su zaštićene izolacijskim materijalima kao što su PVC ili polietilen.

5. Baterije

Sustavi koji koriste solarnu energiju obično koriste sljedeće baterije: olovne, nikl-kadmijeve i litij-ionske. Dugi kadmijevi i litij-ionski dobivaju popularnost kako im se cijene smanjuju, a kvaliteta i učinkovitost poboljšavaju. Lakši su i manji, što je dodatni bonus za učinkovitost i pojednostavljenje sustava.

Vodljivi materijali: živčani sustav

Učinkovit prijenos energije oslanja se na ove ključne komponente:

a. Srebrna pasta

Srebrne elektrode skupljaju elektrone iz stanica. Svaka ploča koristi ~20 g srebra, što predstavlja 10% globalne potražnje. Istraživanje pasta-na bazi bakra ima za cilj smanjenje troškova.

b. Bakreno ožičenje

Sveukupne bakrene mjehuriće koje su izgrađene za prijenos energije koja dolazi od pojedinačnih solarnih ćelija do pretvarača. Bakar je također poznat po svojoj izuzetno visokoj vodljivosti, što znači da će također ograničiti gubitak energije, nešto izuzetno kritično u velikim sustavima.

c. Silicij-karbid (SiC) poluvodiči

SiC se koristi u pretvaračima i može podnijeti visoke napone bez pregrijavanja. Ovo povećava učinkovitost za oko 1-2% u usporedbi s običnim silicijumom.

Skladištenje energije: premošćivanje solarnog jaza

Kako bi se prevladala sunčeva isprekidanost, ovi materijali pohranjuju višak energije:
A. Litij-ionske baterije

Dominirajući tržištem, litij-ionske baterije nude 90–95% učinkovitosti i 10000+ ciklusa punjenja. Za domove i mreže, oni su savršeni.
B. Baterije koje koriste natrijeve ione

Natrij-ionska tehnologija koristi lako dostupne materijale kao što je natrij željezo fosfat i 30% je jeftinija od litija. idealan za skladištenje na mrežnoj skali.
C. Baterije s vanadijevim redoks protokom

One pohranjuju energiju u tekućim elektrolitima, nudeći pohranu od 100+ MWh. Njihova skalabilnost odgovara industrijskim primjenama.

Održivost: materijalni izazov

Solarni porast donosi kompromise-za okoliš:

a. Ograničenja resursa

Količina ugljičnog dioksida koja se gubi tijekom procesa rafiniranja silicija izmjerena je na 1,5 tona po toni rafiniranog silicija; međutim, recikliranje silicija smanjuje to na samo 0,075 tona CO₂ kroz provedbu recikliranja.

b. Rizici od toksičnosti

Očekivana neposredna nestašica srebra potiče razvoj novih proizvoda-na bazi bakra, čime se spašava cijena i dostupnost bakra od promjena razine čistoće i ostavljanja da se koristi kao sirovina.