Ce materiale sunt folosite în sistemele de energie solară?

Materiale fotovoltaice (PV): inima energiei solare

1. Panouri solare

Majoritatea panourilor solare sunt fabricate din siliciu, care este ieftin și abundent în mediu. Pe baza proprietății siloconului, care transformă lumina în electricitate, există două soiuri de bază pentru panourile produse de silocon: mono și multi polisilocon; apoi sunt panouri de film subțire. Aceste panouri de film subțire pot include și alte elemente, cum ar fi: telurura de cadmiu, seleniura de cupru indiu galiu, alt siliciu amorf (a-Si) și, bineînțeles, din nou silocon. De obicei, panourile cu film subțire sunt, de asemenea, mai ieftine decât policristalele, cu toate acestea rata de conversie a energiei este de obicei mai mică decât panourile polisilocon.

2. Invertoare
Invertoarele sunt, de asemenea, realizate cu semiconductori și siliciu. Majoritatea oamenilor folosesc un invertor central ca tip de invertor. Este cel mai durabil și mai fiabil.

3. Sisteme de montare

Sistemele de montare sunt realizate din materiale rezistente la intemperii precum aluminiu, oțel inoxidabil și oțel galvanizat.

4. Cablaje și componente electrice
Cuprul servește ca conductor principal al cablajului. Pentru a proteja cablurile de deteriorare și de mediu, firele de cupru sunt ecranate cu materiale izolante precum PVC sau polietilena.

5. Baterii

Sistemele care utilizează energia solară folosesc în mod obișnuit următoarele baterii: plumb acid, nichel cadmiu și litiu ion. Cele lungi de cadmiu și ioni de litiu câștigă popularitate pe măsură ce prețurile lor scad și calitatea și eficiența lor se îmbunătățesc. Sunt mai ușoare și mai mici, ceea ce reprezintă un bonus suplimentar de eficiență și simplificare pentru sistem.

Materiale conductoare: sistemul nervos

Transferul eficient de energie se bazează pe aceste componente critice:

o. Pastă de argint

Electrozii de argint colectează electroni din celule. Fiecare panou folosește ~20g de argint, reprezentând 10% din cererea globală. Cercetarea pastelor pe bază de-cupru are ca scop reducerea costurilor.

b. Cablaj de cupru

Barele de cupru generale sunt construite pentru a transfera energia care vine de la celulele solare individuale la invertoare. Cuprul este cunoscut și pentru conductivitatea sa extrem de ridicată, ceea ce înseamnă că va limita și pierderile de energie, lucru extrem de critic în sistemele mari.

c. Semiconductori cu carbură de siliciu (SiC).

SiC este folosit în invertoare și poate face față tensiunilor înalte fără supraîncălzire. Acest lucru crește eficiența cu aproximativ 1-2% atunci când o comparați cu siliciul obișnuit.

Stocarea energiei: Reducerea decalajului solar

Pentru a depăși intermitența solară, aceste materiale stochează surplusul de energie:
A. Baterii cu litiu-ion

Dominând pe piață, bateriile litiu-ion (de exemplu, Tesla Powerwall) oferă o eficiență de 90–95% și 10,000+ cicluri de încărcare. Pentru case și grile, sunt perfecte.
B. Baterii care folosesc ioni de sodiu

Tehnologia-ionului de sodiu folosește materiale ușor disponibile, cum ar fi fosfatul de sodiu și fier și este cu 30% mai puțin costisitoare decât litiul. ideal pentru depozitare la scara grilei.
C. Baterii cu flux redox de vanadiu

Acestea stochează energie în electroliți lichizi, oferind stocare de 100+ MWh. Scalabilitatea lor se potrivește aplicațiilor industriale.

Materiale viitoare: Depășirea limitelor

Următoarea generație de tehnologie solară redefinește posibilitățile:

o. Celule solare cu punct cuantic

Particulele semiconductoare la scară nanometrică captează un spectru de lumină mai larg, dublând potențial eficiența. Cercetările Universității Stanford arată promițătoare pentru panouri ultra-subțiri.

b. Tandemuri de silicon-perovskit

Stivuirea perovskitului pe straturi de siliciu crește eficiența la 30%+ în laboratoare. Această abordare „tandem” ar putea revoluționa panourile comerciale.

c. Materiale de auto-vindecare

Polimerii care repar micro-fisurile din panouri ar putea prelungi durata de viață cu zeci de ani, reducând costurile de întreținere.

Sustenabilitate: o provocare materială

Boom-ul solar aduce avantaje{0}}de mediu:

o. Constrângeri de resurse

Cantitatea de dioxid de carbon risipită în timpul procesului de rafinare a siliciului a fost măsurată la 1,5 tone pe tonă de siliciu rafinat; cu toate acestea, reciclarea siliciului reduce aceasta la doar 0,075 tone de CO₂ prin implementarea reciclării.

b. Riscuri de toxicitate

Lipsa iminentă așteptată de argint stimulează dezvoltarea de noi produse pe bază de-cupru, economisind astfel prețul și disponibilitatea cuprului de la schimbările nivelului de puritate și lăsându-l să fie utilizat ca materie primă.

c. Economia Circulară

Unele plăci solare sunt fabricate de Tesla cu aluminiu și sticlă reciclată. Sunt produse pentru acoperișuri solare. De asemenea, ei încearcă să elimine toate deșeurile din acea producție.