Fotovoltaik - Photovoltaics
Fotovoltaik ( PV ) fizik , fotokimya ve elektrokimyada incelenen bir fenomen olan fotovoltaik etki gösteren yarı iletken malzemeler kullanılarak ışığın elektriğe dönüştürülmesidir . Fotovoltaik etki, ticari olarak elektrik üretimi ve fotosensör olarak kullanılmaktadır .
Bir fotovoltaik sistem , her biri elektrik enerjisi üreten bir dizi güneş pili içeren güneş modülleri kullanır . PV kurulumları yere monte, çatıya monte, duvara monte veya yüzer olabilir. Montaj sabitlenebilir veya güneşi gökyüzünde takip etmek için bir güneş izleyicisi kullanabilir .
Bazıları, fotovoltaik teknolojinin CO2'nin neden olduğu küresel ısınmayı azaltmaya yardımcı olmak için yeterince uygun fiyatlı sürdürülebilir enerji üreteceğini umuyor.
2. Solar PV'nin bir enerji kaynağı olarak belirli avantajları vardır: bir kez kurulduğunda, işletimi kirlilik ve sera gazı emisyonu oluşturmaz , güç ihtiyaçları açısından basit ölçeklenebilirlik gösterir ve PV sisteminde gerekli olan diğer malzemelere rağmen silikon yerkabuğunda geniş kullanılabilirliğe sahiptir. gümüş gibi üretim, sonunda teknolojideki daha fazla büyümeyi sınırlayacaktır. Belirlenen diğer önemli kısıtlamalar, arazi kullanımı için rekabet ve finansman başvurularının yapılmasında işgücü eksikliğidir. PV'nin ana kaynak olarak kullanılması, enerji depolama sistemlerini veya ek maliyetlere neden olan yüksek voltajlı doğru akım güç hatları ile küresel dağıtım gerektirir ve ayrıca kararsız güç üretimi ve enerji şirketlerinin telafi etmesi gerekliliği gibi bir dizi başka özel dezavantaja sahiptir. Talep zirvelerini ve potansiyel yetersiz arzı düzenlemek için daha güvenilir geleneksel güç kaynaklarına sahip olarak arz karışımında çok fazla güneş enerjisi. Üretim ve kurulum, kirliliğe ve sera gazı emisyonlarına neden olur ve 10 ila 30 yıl sonra kullanım ömürlerinin sonuna gelen panelleri geri dönüştürmek için uygun sistemler yoktur.
Fotovoltaik sistemler, bağımsız kurulumlar ve şebekeye bağlı PV sistemleri 1990'lardan beri kullanımda olduğu için özel uygulamalarda uzun süredir kullanılmaktadır . Fotovoltaik modüller ilk olarak 2000 yılında Alman çevreciler ve Eurosolar organizasyonunun on bin çatı programı için hükümet fonu aldığında seri üretildi .
Azalan maliyetler, PV'nin bir enerji kaynağı olarak büyümesine izin verdi. Bu, kısmen Çin hükümetinin 2000 yılından bu yana güneş enerjisi üretim kapasitesini geliştirmeye ve ölçek ekonomilerine ulaşmaya yaptığı büyük yatırımla sağlandı . Üretim fiyatının çoğu temel bileşen polisilikondandır ve dünya arzının çoğu Çin'de, özellikle de Sincan'da üretilmektedir . Sübvansiyonların yanı sıra, 2010'lardaki düşük güneş paneli fiyatları, Xinjiang'daki kömürden düşük enerji fiyatı ve ucuz işçilik maliyetleri ile üretim teknolojisi ve verimlilikteki gelişmeler sayesinde elde edildi. Teknolojideki gelişmeler ve artan üretim ölçeği, fotovoltaik tesislerin verimliliğini de artırdı. Güneş enerjisiyle üretilen elektrik için tercihli tarife garantisi gibi net ölçüm ve finansal teşvikler, birçok ülkede güneş enerjisiyle çalışan PV kurulumlarını desteklemiştir. Panel fiyatları 2004 ile 2011 arasında 4 kat düştü. Modül fiyatları 2010'lara göre %90 düştü, ancak 2021'de keskin bir şekilde yükselmeye başladı.
2019'da dünya çapında kurulu PV kapasitesi , küresel elektrik talebinin yaklaşık yüzde ikisini karşılayan 635 gigawatt'ın (GW) üzerine çıktı . Sonra hidro ve rüzgar güçleri , PV üçüncü yenilenebilir enerji , küresel kapasite açısından kaynağı. 2019'da Uluslararası Enerji Ajansı , 2019'dan 2024'e kadar 700 - 880 GW büyüme bekliyordu. Bazı durumlarda PV, güneş enerjisi potansiyeli yüksek bölgelerde 0,01567 ABD gibi düşük bir fiyat teklifiyle en ucuz elektrik enerjisi kaynağını teklif etti. 2020'de Katar'da $/ kWh .
etimoloji
Dönem "fotovoltaik" dan gelmektedir Yunan φῶς ( phos anlamında) "hafif" ve "volt", elektromotor kuvveti biriminden gelen volt sırayla soyadı gelir, İtalyan fizikçi Alessandro Volta , mucidi pil ( elektrokimyasal hücre ). "Fotovoltaik" terimi, 1849'dan beri İngilizce'de kullanılmaktadır.
Güneş hücreleri
Güneş pilleri, güneş ışığından ekipmana güç sağlamak veya bir pili şarj etmek için kullanılabilecek doğru akım elektrik üretir . Fotovoltaiklerin ilk pratik uygulaması, yörüngedeki uydulara ve diğer uzay araçlarına güç sağlamaktı , ancak bugün fotovoltaik modüllerin çoğu, enerji üretimi için şebekeye bağlı sistemler için kullanılmaktadır. Bu durumda bir invertör dönüştürmek için gerekli olan DC için AC . Uzak konut için bağımsız sistemler için daha küçük bir pazar var hâlâ tekneler , eğlence araçları , elektrikli arabalar , yol kenarı acil telefonlar, uzaktan algılama ve katodik koruma ve boru hatları .
Fotovoltaik enerji üretim kullanmaktadır güneş modülleri , bir dizi oluşan güneş pilleri bir yarı-iletken malzemeyi ihtiva etmektedir. Bakır solar kablolar modülleri (modül kablosu), dizileri (dizi kablosu) ve alt alanları birbirine bağlar. Yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik artan talep nedeniyle, güneş pilleri ve fotovoltaik dizilerin üretimi son yıllarda önemli ölçüde ilerlemiştir.
Hücreler çevreden korunmaya ihtiyaç duyar ve genellikle güneş enerjisi modüllerinde sıkıca paketlenir.
Fotovoltaik modülü güç "W standart test koşulları (STC) altında ölçülmüş olup p " ( Watt ). Belirli bir yerdeki gerçek güç çıkışı, coğrafi konuma, günün saatine, hava koşullarına ve diğer faktörlere bağlı olarak bu nominal değerden daha az veya daha büyük olabilir. Solar fotovoltaik dizi kapasite faktörleri tipik olarak %25'in altındadır ve bu, diğer birçok endüstriyel elektrik kaynağından daha düşüktür.
Güneş pili verimlilikleri
Bir PV hücresinin elektriksel verimliliği, belirli bir Güneş ışınımı için bir hücrenin ne kadar elektrik gücü üretebileceğini temsil eden fiziksel bir özelliktir . Bir fotovoltaik hücrenin maksimum verimi için temel ifade, çıkış gücünün gelen güneş enerjisine oranı (radyasyon akısı çarpı alanı) ile verilir.
Verimlilik, ideal laboratuvar koşulları altında ölçülür ve PV hücre veya modülün elde edilebilecek maksimum verimini temsil eder. Gerçek verimlilik sıcaklık, ışınım ve spektrumdan etkilenir.
Ticari olarak temin edilebilen fotovoltaikler için güneş pili enerji dönüşüm verimleri yaklaşık %14-22'dir. Amorf silikon bazlı güneş pilleri için güneş pili verimleri sadece %6'dır. Deneysel ortamlarda, deneysel çok eklemli konsantre fotovoltaiklerle %44.0'lık bir verim elde edilmiştir .
En iyi performans için karasal PV sistemleri, güneşle yüzleştikleri süreyi en üst düzeye çıkarmayı amaçlar. Solar izleyiciler bunu, PV modüllerini güneşi takip edecek şekilde hareket ettirerek başarır. Statik monte edilmiş sistemler, güneş yolunun analizi ile optimize edilebilir . PV modülleri genellikle açı için eşit, enlem tilt ayarlanır enlem , ama performans yaz veya kış için açıyı ayarlayarak geliştirilebilir. Genel olarak, diğer yarı iletken cihazlarda olduğu gibi, oda sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklar fotovoltaik modüllerin performansını düşürür.
Geleneksel olarak, güneş PV'sinden üretilen doğru akım (DC) elektrik , dönüşüm sırasında ortalama %10'luk bir kayıpla elektrik şebekesinde kullanılan alternatif akıma (AC) dönüştürülmelidir. Elektrikli araçlarda kullanılan piller DC kullandığından, bu tür ürünlerin sahibi bir şekilde pili doğrudan güneş piline takabilirse daha yüksek verimler elde edebilir. Pille çalışan cihazlar ve araçlar için DC'ye geri geçişte ek bir verimlilik kaybı meydana gelir.
Hücrelerin üretimi için de büyük miktarda enerji gereklidir.
İmalat
Genel olarak, güneş fotovoltaiklerinin üretim süreci, birçok karmaşık veya hareketli parçanın bir araya getirilmesini gerektirmediği için basittir. PV sistemlerinin katı hal yapısı nedeniyle, genellikle 10 ila 30 yıl arasında herhangi bir yerde nispeten uzun ömürleri vardır. Bir PV sisteminin elektrik çıkışını artırmak için, üreticinin basitçe daha fazla fotovoltaik bileşen eklemesi gerekir ve bu nedenle ölçek ekonomileri, artan çıktı ile maliyetler düştüğünden üreticiler için önemlidir.
Etkili olduğu bilinen birçok PV sistemi türü olmasına rağmen, kristal silikon PV, 2013 yılında dünya çapında PV üretiminin yaklaşık %90'ını oluşturuyordu. Silikon PV sistemlerinin imalatının birkaç adımı var. İlk olarak, polisilikon mayınlı kuvarstan çok saf olana kadar (yarı iletken sınıfı) işlenir. Elektron delikleri açısından zengin bir p-tipi yarı iletken yapmak için bir grup III elementi olan küçük miktarlarda bor eklendiğinde bu eritilir . Tipik olarak bir tohum kristali kullanılarak, bu çözeltinin bir külçesi sıvı polikristalden büyütülür. Külçe ayrıca bir kalıba dökülebilir. Bu yarı iletken malzemenin gofretleri, dökme malzemeden tel testerelerle kesilir ve daha sonra temizlenmeden önce yüzey aşındırma işleminden geçer. Daha sonra, gofretler, n-tipi bir yarı iletken yüzey oluşturan bir grup V elementi olan çok ince bir fosfor tabakası döşeyen bir fosfor buharı biriktirme fırınına yerleştirilir. Enerji kayıplarını azaltmak için, elektrik kontaklarıyla birlikte yüzeye yansıma önleyici bir kaplama eklenir. Hücreyi bitirdikten sonra, hücreler spesifik uygulamaya göre elektrik devresi ile bağlanır ve nakliye ve kurulum için hazırlanır.
Üretimin çevresel maliyetleri
Fotovoltaik güneş enerjisi tamamen "temiz enerji" değildir, üretim GGH emisyonları üretir, hücreleri oluşturmak için kullanılan malzemeler potansiyel olarak sürdürülemezdir ve sonunda tükenecektir, teknoloji kirliliğe neden olan zehirli maddeler kullanır ve güneş enerjisi atıklarını geri dönüştürmek için uygun teknolojiler yoktur. . Çoğu şu anda Çin'deki kömür santrallerinde üretilen panellerin üretimi için büyük miktarda enerji gerekiyor. Etkilerini araştırmak için gereken veriler bazen oldukça büyük miktarda belirsizlikten etkilenir. Örneğin insan emeği ve su tüketimi değerleri, bilimsel literatürde sistematik ve doğru analizlerin olmaması nedeniyle tam olarak değerlendirilememektedir. PV'den kaynaklanan etkileri belirlemedeki bir zorluk, üretim aşamasında atıkların havaya, suya veya toprağa salınıp salınmadığını belirlemektir. Küresel ısınma potansiyeli , kirlilik, su tükenmesi ve diğerlerine kadar tüm farklı çevresel etkilere bakan yaşam döngüsü değerlendirmeleri PV için mevcut değildir. Bunun yerine, çalışmalar çeşitli PV türlerinin etkisini ve potansiyel etkilerini tahmin etmeye çalıştı, ancak bu tahminler genellikle sadece üretim ve/veya nakliyenin enerji maliyetlerini değerlendirmekle sınırlıdır , çünkü bunlar yeni teknolojiler ve bileşenlerinin toplam çevresel etkileridir. ticari uygulanabilirliği olmayan deneysel prototipler şöyle dursun, ticari olarak temin edilebilen birinci nesil güneş pilleri için bile ve bertaraf yöntemleri bilinmemektedir .
Bu nedenle, PV'nin çevresel etkilerine ilişkin tahminler, kWh başına karbondioksit eşdeğerlerine veya enerji geri ödeme süresine (EPBT) odaklanmıştır. EPBT, üretimi için kullanılan aynı miktarda enerjiyi üretmek için bir PV sisteminin çalışması gereken zaman aralığını tanımlar. Başka bir çalışma, EPBT'deki ulaşım enerji maliyetlerini içermektedir. EPBT, başka bir çalışmada "bir PV sisteminin yaşam döngüsü boyunca gerekli olan toplam yenilenebilir ve yenilenemez birincil enerjiyi telafi etmek için gereken süre" olarak tamamen farklı bir şekilde tanımlanmıştır. EPBT ne kadar düşükse, güneş enerjisinin çevresel maliyeti o kadar düşük olur.
Birinci ve ikinci nesil PV'den EPBT'nin 2015 yılındaki bir incelemesi, gömülü enerjide, hücrelerin verimliliğinden daha fazla varyasyon olduğunu öne sürdü ve EPBT'de daha büyük bir azalma elde etmek için esas olarak azaltılması gereken gömülü enerji olduğunu ima etti. Enerji geri ödeme süresi (EPBT), bir PV sisteminin üretimi için kullanılanla aynı miktarda enerjiyi üretmek için çalışması gereken süreyi tanımlar . Yıllar olarak verilen bu enerji amortismanı, başa baş enerji geri ödeme süresi olarak da adlandırılır . EPBT, büyük ölçüde PV sisteminin kurulduğu yere (örneğin, mevcut güneş ışığı miktarı ve elektrik şebekesinin verimliliği) ve sistem tipine, yani sistem bileşenlerine bağlıdır.
Panellerin üretimi için büyük miktarda enerji gereklidir. Genel olarak, enerji kullanımının ve sera gazı emisyonlarının büyük bir kısmından sorumlu olan güneş panellerinin en önemli bileşeni polisilikon rafine edilmesidir. Çin, dünyadaki polisilikonun çoğunluğunun kaynağıdır ve çoğu Xinjiang'da kömürle çalışan tesislerden üretilen enerji kullanılarak üretilir. EPBT'nin yüzde ne kadarı bu silikonun sistem tipine bağlıdır. Tamamen otarşik bir sistem , üretimin enerji maliyetini önemli ölçüde artıran ek bileşenler ('Sistemin Dengesi', güç çeviriciler , depolama, vb.) gerektirir, ancak basit bir çatı sisteminde enerji maliyetinin yaklaşık %90'ı silikondandır, geri kalanı invertörlerden ve modül çerçevesinden gelir.
Alsema ve diğerleri tarafından yapılan bir analizde . 1998'den itibaren, 1997'deki eski sistem için enerji geri ödeme süresi 10 yıldan daha yüksekken, standart bir çatı sistemi için EPBT 3.5 ila 8 yıl arasında hesaplandı.
EPBT, net enerji kazancı (NEG) ve yatırılan enerjiden geri dönen enerji (EROI) kavramlarıyla yakından ilgilidir . Her ikisi de enerji ekonomisinde kullanılır ve bir enerji kaynağını hasat etmek için harcanan enerji ile bu hasattan elde edilen enerji miktarı arasındaki farkı ifade eder. NEG ve EROI ayrıca bir PV sisteminin çalışma ömrünü de hesaba katar ve çoğu üretici artık ürünleri için 25 yıllık bir garanti sağladığından, tipik olarak 25 ila 30 yıllık bir etkin üretim ömrü varsayılır. Bu metriklerden, Enerji geri ödeme Süresi hesaplama yoluyla türetilebilir.
EPBT iyileştirmeleri
Silisyum, çünkü pratik kullanımda sistemlerin ana kadar çoğunluğu ile, kristal silisyum malzeme PV sistemleri, bu kadar yüksek EPBT var üretilen yüksek kaliteli azaltılması yoluyla kuvars kumu içinde elektrikli fırınlarda . Bu kokla çalışan eritme işlemi 1000 °C'nin üzerindeki yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir ve üretilen kilogram silikon başına yaklaşık 11 kilowatt-saat (kWh) kullanarak çok enerji yoğundur. Bu sürecin enerji gereksinimleri, üretilen silisyum birimi başına enerji maliyetini nispeten esnek yapmaz, bu da üretim sürecinin kendisinin gelecekte daha verimli olmayacağı anlamına gelir.
Bununla birlikte, kristal silikon hücrelerin güneş ışığını dönüştürmede daha verimli hale gelmesi ve gofret malzemesinin kalınlığı sürekli olarak azalması ve dolayısıyla üretimi için daha az silikon gerektirmesi nedeniyle, enerji geri ödeme süresi son yıllarda önemli ölçüde kısaldı. Son on yılda, güneş pilleri için kullanılan silikon miktarı watt-tepe başına 16 gramdan 6 grama düştü . Aynı dönemde, bir c-Si gofretin kalınlığı 300 um veya mikrondan yaklaşık 160-190 um'ye düşürüldü. Kristal silikon gofretler günümüzde, 1990'da 400 μm civarında oldukları zamanki kalınlıklarının yalnızca yüzde 40'ı kadardır. Kesme teknikleri levhalar halinde kristalin silikon külçe dilim da azaltarak geliştirilmiş çentik kaybı ve daha kolay silikon talaş geri dönüşüm için adrestir.
|Parametre||Mono-Si||CdTe|
|hücre verimliliği||%16.5||%15,6|
|Hücreden modüle verimliliği azaltın||%8.5||%13.9|
|Modül verimliliği||%15.1||%13.4|
|Gofret kalınlığı / katman kalınlığı||190 mikron||4.0 um|
|kerf kaybı||190 mikron||-|
|hücre başına gümüş||9.6 g / 2||-|
|cam kalınlığı||4.0 mm||3,5 mm|
|Operasyonel ömür||30 yıl||30 yıl|
|Kaynak: IEA-PVPS , Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi, Mart 2015|
Birinci nesil PV'nin etkileri
Kristal silikon modüller, en yaygın olarak kullanıldıkları için LCA açısından en çok çalışılan PV tipidir. Mono-kristal silikon fotovoltaik sistemler (mono-si) ortalama %14,0 verimliliğe sahiptir. Hücreler, güneş ön elektroda çarparken, ön elektrot, yansıma önleyici film, n-katmanı, p-katmanı ve arka elektrottan oluşan bir yapıyı takip etme eğilimindedir. EPBT, 1,7 ila 2,7 yıl arasında değişmektedir. CO kapısına beşiği 2 72.2 gram -eq / kW aralığı 37.3 den.
Çok kristalli silikon (çoklu) fotovoltaik hücreler üretme teknikleri, mono-si'den daha basit ve daha ucuzdur, ancak ortalama %13,2 daha az verimli hücreler üretme eğilimindedir. EPBT, 1,5 ila 2,6 yıl arasında değişmektedir. CO kapısına beşiği 2 -eq / kW aralığı 28.5 ila 69 gram arasında değişmektedir.
Aşağıdaki ülkelerin Avrupa'daki gibi yüksek kaliteli bir şebeke altyapısına sahip olduğu varsayılarak, 2020'de Kanada'nın Ottawa kentinde bir çatı fotovoltaik sisteminin modüllerdeki silikonu üretmek için gereken aynı miktarda enerjiyi üretmesinin 1.28 yıl alacağı hesaplandı. içinde (gümüş, cam, montaj parçaları ve diğer bileşenler hariç), Catania , İtalya'da 0,97 yıl ve Jaipur , Hindistan'da 0,4 yıl . Net şebeke verimliliğinin daha düşük olduğu Avrupa dışında, daha uzun sürecektir. Bu ' enerji geri ödeme süresi ', modülün faydalı ömrü boyunca enerji üretiminin kirletici olduğu zaman kısmı olarak görülebilir. En iyi ihtimalle bu, 30 yıllık bir panelin ömrünün %97'si boyunca temiz enerji ürettiği veya bir güneş panelindeki modüllerdeki silikonun aynı süre için kömürle çalışan bir santralden %97 daha az sera gazı emisyonu ürettiği anlamına gelir. enerji miktarı (birçok şeyi varsayarak ve görmezden gelerek). Bazı çalışmalar EPBT ve GWP'nin ötesinde diğer çevresel etkilere bakmıştır. Böyle bir çalışmada, Yunanistan'daki geleneksel enerji karışımı, çok katmanlı PV ile karşılaştırıldı ve kanserojenler, eko-toksisite, asitlenme, ötrofikasyon ve on bir diğer etki dahil olmak üzere etkilerde genel olarak %95'lik bir azalma bulundu.
İkinci nesilden gelen etkiler
Kadmiyum tellür (CdTe), topluca ikinci nesil cihazlar olarak bilinen en hızlı büyüyen ince film bazlı güneş pillerinden biridir. Bu yeni ince film cihazı aynı zamanda geleneksel Si cihazlarıyla benzer performans kısıtlamalarını ( Shockley-Queisser verimlilik sınırı ) paylaşıyor ancak üretim sırasında hem malzeme hem de enerji tüketimini azaltarak her cihazın maliyetini düşürmeyi vaat ediyor. Bugün CdTe'nin küresel pazar payı, 2008'deki %4,7'den %5,4'e yükseldi. Bu teknolojinin en yüksek güç dönüştürme verimliliği %21'dir. Hücre yapısı, cam substrat (yaklaşık 2 mm), şeffaf iletken katman, CdS tampon katmanı (50-150 nm), CdTe emici ve bir metal temas katmanı içerir.
CdTe PV sistemleri, üretimlerinde birim elektrik üretimi başına diğer ticari PV sistemlerine göre daha az enerji girdisi gerektirir. Ortalama CO 2 -eq / kWh yaklaşık 18 gram (kapısı beşik) 'dir. CdTe, 0,3 ile 1,2 yıl arasında değişen tüm ticari PV teknolojilerinin en hızlı EPBT'sine sahiptir.
Bakır İndiyum Galyum Diselenid (CIGS), kalkopirit yarı iletkenlerin bakır indiyum diselenid (CIS) ailesini temel alan ince film bir güneş pilidir . CIS ve CIGS, genellikle CIS/CIGS topluluğu içinde birbirinin yerine kullanılır. Hücre yapısı, substrat olarak soda kireç camını, arka temas olarak Mo katmanını, emici katman olarak CIS/CIGS, tampon katman olarak kadmiyum sülfür (CdS) veya Zn (S,OH)x ve ZnO:Al'ı içerir. ön kontak. CIGS, geleneksel silikon güneş pili teknolojilerinin kalınlığının yaklaşık 1/100'ü kadardır. Montaj için gerekli malzemeler kolaylıkla temin edilebilir ve güneş pilinin watt başına maliyeti daha düşüktür. CIGS tabanlı güneş enerjisi cihazları, zamanla performans düşüşüne direnir ve sahada oldukça kararlıdır.
CIGS bildirilen küresel ısınma potansiyeli etkiler 20,5 arasında değişir - 58.8 CO gram 2 farklı için üretilen elektriğin -eq / kWh güneş ışınlarına (1.700 2.200 kWh / m 2 / y) ve güç konversiyon randımanı (- 9.12% 7.8). EPBT 0,2 ile 1,4 yıl arasında değişirken, EPBT'nin uyumlaştırılmış değeri 1.393 yıl olarak bulunmuştur. Kadmiyum ve galyum içerdiğinden, CIGS modüllerinin tampon katmanında toksisite bir sorundur. CIS modülleri herhangi bir ağır metal içermez.
Üçüncü nesilden gelen etkiler
Üçüncü nesil PV'ler, hem birinci hem de ikinci nesil cihazların avantajlarını birleştirmek için tasarlanmıştır ve birinci ve ikinci nesil PV hücreleri için teorik bir limit olan Shockley-Queisser limitine sahip değildirler . Üçüncü nesil bir cihazın kalınlığı 1 µm'den azdır.
Gelişmekte olan bir alternatif ve umut verici teknoloji, metilamonyum kurşun halojenür perovskitlerden yapılmış organik-inorganik hibrit bir güneş piline dayanmaktadır. Perovskite PV hücreleri , son birkaç yılda hızla ilerlemiş ve PV araştırmaları için en çekici alanlardan biri haline gelmiştir. Hücre yapısı, bir delik aktarım tabakası (spiro-MeOTAD, P3HT, pTag, CuSCN, Cul veya NiO) (Al, Au veya Ag yapılabilir) bir metal geri temas ve absorbe edici katmanı içerir (CH 3 NH 3 PbIxBr 3 -x, CH 3 NH 3 PbIxCl 3 -x ya da CH 3 NH 3 PBI 3 ), bir elektron aktarım katmanı (TiOz, ZnO, Al 2 O 3 veya SnO 2 ) ve bir üst temas tabakası (flor takviyeli kalay oksit ya da kalay katkılı indiyum oksit).
Perovskite güneş pillerinin çevresel etkilerini ele alan sınırlı sayıda yayınlanmış çalışma bulunmaktadır. En büyük çevresel kaygı, emici tabakada kullanılan kurşundur. Perovskit hücrelerinin kararsızlığı nedeniyle kurşun, kullanım aşamasında sonunda tatlı suya maruz kalabilir. Bu LCA çalışmaları, perovskit güneş pillerinin insan ve ekotoksisitesine baktı ve şaşırtıcı derecede düşük olduklarını ve çevresel bir sorun olmayabileceğini buldu. Perovskite PV'lerinin Küresel ısınma potansiyeli 24-1500 aralığında olduğu tespit edilmiştir CO gram 2 -eq / kWh elektrik üretimini. Benzer şekilde, yayınlanan makalenin bildirilen EPBT'si 0,2 ila 15 yıl arasında değişmektedir. Bildirilen geniş aralıktaki değerler, bu çalışmalarla ilişkili belirsizlikleri vurgulamaktadır. Çelik et al. (2016), perovskite PV LCA çalışmalarında yapılan varsayımları eleştirel bir şekilde tartıştı.
Umut vadeden iki yeni ince film teknolojisi, bakır çinko kalay sülfür (Cu 2 ZnSnS 4 veya CZTS), çinko fosfit (Zn 3 P 2 ) ve tek duvarlı karbon nano tüplerdir (SWCNT). Bu ince filmler şu anda yalnızca laboratuvarda üretilmekte olup gelecekte ticarileştirilebilecektir. CZTS ve (Zn 3 P 2 ) proseslerinin imalatının , sırasıyla CIGS ve CdTe'nin mevcut ince film teknolojilerine benzer olması beklenmektedir. SWCNT PV'nin soğurucu tabakasının ise CoMoCAT yöntemi ile sentezlenmesi beklenir. CIGS ve CdTe gibi yerleşik ince filmlerin aksine, CZTS, Zn 3 P 2 ve SWCNT PV'ler toprakta bol bulunan, toksik olmayan malzemelerden yapılır ve yıllık dünya çapındaki mevcut tüketimden daha fazla elektrik üretme potansiyeline sahiptir. CZTS ve Zn 3 P 2 bu nedenlerle iyi bir vaat sunarken, ticari üretimlerinin belirli çevresel etkileri henüz bilinmemektedir. CZTS Zn küresel ısınma potansiyeli 3 P 2 38 bulunan ve 30 CO gram olan 2 bunlara karşılık gelen EPBT sırasıyla, 1.85 ve 0.78 yıl bulundu ise -eq / kW. Genel olarak, CdTe ve Zn 3 P 2 benzer çevresel etkilere sahiptir ancak CIGS ve CZTS'den biraz daha iyi performans gösterebilir. Çelik et al. laboratuvar yapımı %1 verimli cihaz ve arzu edilen %28 verimli dört hücreli tandem cihaz dahil olmak üzere SWCNT PV'lerin çevresel etkileri üzerine ilk LCA çalışmasını gerçekleştirdi ve sonuçları mono-Si'yi referans noktası olarak kullanarak yorumladı. sonuçlar, monokristal Si (mono-Si) ile karşılaştırıldığında, % 1 SWCNT'den kaynaklanan çevresel etkilerin, esas olarak üç yıllık kısa kullanım ömrü nedeniyle ∼ 18 kat daha yüksek olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, aynı kısa kullanım ömrüne sahip olsa bile, %28 hücrenin çevresel etkileri mono-Si'den daha düşüktü.
Organik ve polimer fotovoltaik (OPV) nispeten yeni bir araştırma alanıdır. Geleneksel OPV hücre yapısı katmanları, yarı saydam bir elektrot, elektron engelleme katmanı, tünel bağlantısı, delik engelleme katmanı, elektrot, güneş ışığının şeffaf elektrota çarpmasıyla oluşur. OPV, üretim maliyetini düşüren ve onları daha çevre dostu yapan bir elektrot malzemesi olarak gümüşü karbonla değiştirir. OPV esnektir, hafiftir ve seri üretim için rulodan ruloya üretimle iyi çalışır. OPV, "enerji geri ödeme süreleri sağlayan basit baskı ekipmanlarında yalnızca ortam işleme koşullarını kullanarak çok düşük işleme sıcaklıkları yoluyla son derece düşük bir somut enerjiyle birleştirilmiş yalnızca bol elementler" kullanır. Mevcut verimlilikler %1-6,5 arasında değişmektedir, ancak teorik analizler %10 verimliliğin ötesinde umut vaat etmektedir.
Her katman için farklı malzemeler kullanan birçok farklı OPV konfigürasyonu mevcuttur. OPV teknolojisi, halihazırda daha kısa bir işletim ömrü sunsalar bile, EPBT açısından mevcut PV teknolojileriyle rekabet eder. Bir 2013 çalışması, tümü %2 verimlilikle 12 farklı konfigürasyonu analiz etti; EPBT, 1 m 2 PV için 0,29 ila 0,52 yıl arasında değişiyordu . Ortalama CO 2 OPV için -eq / kWh olarak 54,922 gramdır.
deneysel teknolojiler
Kristal silisyum fotovoltaikler sadece bir tür PV'dir ve şu anda üretilen güneş pillerinin çoğunluğunu temsil etseler de, gelecekteki enerji ihtiyaçlarını karşılamak için ölçeklendirilme potansiyeline sahip birçok yeni ve gelecek vaat eden teknoloji vardır. 2018 itibariyle, kristal silikon hücre teknolojisi, monokristal, çok kristalli, mono PERC ve iki yüzeyli dahil olmak üzere çeşitli PV modül tipleri için temel görevi görür.
Daha yeni bir teknoloji olan ince film PV, yarı iletken özelliklere sahip bir mineral olan perovskite'nin yarı iletken katmanlarının vakumda bir alt tabaka üzerine yerleştirilmesiyle üretilir . Substrat genellikle cam veya paslanmaz çeliktir ve bu yarı iletken katmanlar, kadmiyum tellür (CdTe), bakır indiyum diselenid (CIS), bakır indiyum galyum diselenid (CIGS) ve amorf silikon (a-Si ) dahil olmak üzere birçok malzemeden yapılır. ). Substrat üzerine yerleştirildikten sonra, yarı iletken katmanlar ayrılır ve lazer kazıma ile elektrik devresi ile bağlanır. Perovskite güneş pilleri çok verimli bir güneş enerjisi dönüştürücüsüdür ve fotovoltaik amaçlar için mükemmel optoelektronik özelliklere sahiptir, ancak bunların laboratuvar boyutundaki hücrelerden geniş alanlı modüllere yükseltilmesi hala araştırılmaktadır. İnce film fotovoltaik malzemeler, silikon bazlı gofretlere kıyasla, azaltılmış malzeme gereksinimleri ve ince filmlerden oluşan modüllerin üretim maliyeti nedeniyle gelecekte muhtemelen çekici hale gelebilir. 2019'da Oxford, Stanford ve başka yerlerdeki üniversite laboratuvarları, %20-25 verimliliğe sahip perovskit güneş pilleri bildirdi.
Gelecekteki diğer olası PV teknolojileri arasında organik, boyaya duyarlı ve kuantum noktalı fotovoltaikler bulunur. Organik fotovoltaikler (OPV'ler), ince film imalat kategorisine girer ve tipik olarak silikon bazlı PV'ler tarafından görülen %12-21'den daha düşük olan %12 verimlilik aralığında çalışır. Organik fotovoltaikler çok yüksek saflık gerektirdiğinden ve nispeten reaktif olduklarından, üretim maliyetini büyük ölçüde artıran kapsüllenmeleri gerekir ve bu da büyük ölçekli büyütme için uygun olmadıkları anlamına gelir. Boyaya duyarlı hale getirilmiş PV'ler, verimlilik açısından OPV'lere benzer, ancak üretimleri önemli ölçüde daha kolaydır. Bununla birlikte, boyaya duyarlı hale getirilmiş bu fotovoltaikler, sıvı elektrolit toksik olduğundan ve hücrede kullanılan plastiklere potansiyel olarak nüfuz edebileceğinden, depolama sorunları ortaya çıkarmaktadır. Kuantum nokta güneş pilleri, çözümle işlenir, yani potansiyel olarak ölçeklenebilirler, ancak şu anda %12 verimlilikte zirveye ulaşıyorlar.
ekonomi


Kaynak: Apricus
Güneş fotovoltaik teknolojisinin altında yatan maliyetlerde, endüstri yapısında ve piyasa fiyatlarında yıllar içinde büyük değişiklikler olmuştur ve endüstri değer zincirinde küresel olarak meydana gelen değişimlerin tutarlı bir resmini elde etmek zorlu bir iştir. Bunun nedeni: "maliyet ve fiyat değişikliklerinin hızı, çok sayıda üretim sürecini içeren PV tedarik zincirinin karmaşıklığı, sistem dengesi (BOS) ve komple PV sistemleriyle ilişkili kurulum maliyetleri, seçimdir. farklı dağıtım kanalları ve PV'nin konuşlandırıldığı bölgesel pazarlar arasındaki farklılıklar". Çeşitli ülkelerde fotovoltaiklerin ticarileştirilmesini kolaylaştırmak için uygulamaya konan birçok farklı politika destek girişiminden daha fazla karmaşıklık kaynaklanmaktadır.
Yenilenebilir enerji teknolojileri, icadından bu yana genellikle daha ucuza geldi.
donanım maliyetleri
1977'de kristal silikon güneş pili fiyatları 76.67$/W seviyesindeydi.
Almanya ve İspanya'daki cömert sübvansiyonların sağladığı yüksek talep ve polisilikon kıtlığı nedeniyle toptan modül fiyatları 2000'lerin başında yaklaşık 3,50 ila 4,00 $/W arasında sabit kalmasına rağmen, 2008'deki piyasa çöküşünden sonra İspanyol sübvansiyonlarının aniden sona ermesiyle talep çöktü, ve fiyat hızla 2.00$/W'a düştü. Üreticiler, inovasyon ve maliyetlerdeki düşüşler nedeniyle gelirlerinde %50'lik bir düşüşe rağmen pozitif faaliyet marjını korumayı başardı. 2011 yılının sonlarında, kristal-silikon fotovoltaik modüller için fabrika kapısı fiyatları aniden 1,00$/W işaretinin altına düşerek sektördeki birçok kişiyi şaşırttı ve dünya çapında bir dizi güneş enerjisi üretim şirketinin iflas etmesine neden oldu. 1,00 $/W maliyeti, PV endüstrisinde genellikle PV için şebeke paritesinin başarısının bir göstergesi olarak kabul edilir , ancak çoğu uzman bu fiyatın sürdürülebilir olduğuna inanmıyor. Teknolojik gelişmeler, üretim süreci iyileştirmeleri ve endüstrinin yeniden yapılandırılması, daha fazla fiyat indiriminin mümkün olduğu anlamına gelebilir. Solarbuzz grubu tarafından izlenen güneş pillerinin ortalama perakende fiyatı 2011 boyunca 3.50$/watt'tan 2.43$/watt'a düştü. 2013'te toptan satış fiyatları 0.74$/W'a düştü. Bu, güneş pili fiyatlarının endüstri kapasitesinin her iki katına çıkması için %20 düştüğünü iddia eden ünlü Moore Yasasına benzer bir gözlem olan ' Swanson yasasını ' destekleyen kanıt olarak gösterildi . Fraunhofer Enstitüsü, 'öğrenme oranını' kümülatif üretim iki katına çıktıkça fiyatlardaki düşüş olarak tanımlar, 1980 ile 2010 arasında yaklaşık %25. Modül fiyatları hızla düşmesine rağmen, mevcut invertör fiyatları çok daha düşük bir oranda düştü ve 2019, 2000'li yılların başındaki çeyrek dönemden itibaren kWp başına maliyetin %61'inden fazlasını oluşturuyor.
Yukarıda belirtilen fiyatların çıplak modüller için olduğunu unutmayın, modül fiyatlarına bakmanın başka bir yolu da kurulum maliyetlerini dahil etmektir. ABD'de, Solar Energy Industries Association'a göre, ev sahipleri için çatı üstü PV modüllerinin kurulu fiyatı 2006'da 9,00$/W'dan 2011'de 5,46$/W'a düştü. /B. Bu, dünyanın başka yerlerinde olduğundan çok daha yüksektir, Almanya'da ev sahibi çatı kurulumları ortalama 2,24 $/W'dır. Maliyet farklılıklarının öncelikle ABD'deki yüksek düzenleyici yüke ve ulusal bir güneş enerjisi politikasının olmamasına dayandığı düşünülmektedir.
2012'nin sonunda Çinli üreticilerin en ucuz modüllerde 0,50$/W üretim maliyetleri vardı. Bazı pazarlarda, bu modüllerin distribütörleri, fabrika çıkış fiyatından satın alarak ve piyasanın destekleyebileceği en yüksek fiyattan ('değere dayalı fiyatlandırma') satarak önemli bir marj kazanabilir.
Kaliforniya'da PV, genellikle perakende elektrik fiyatlarında veya altında PV üretim maliyetleri olarak tanımlanan 2011'de şebeke paritesine ulaştı (ancak dağıtım ve diğer maliyetler olmadan kömür veya gazla çalışan üretim için genellikle hala elektrik santrali fiyatlarının üzerinde). 2014 yılında 19 pazarda grid paritesine ulaşılmıştı.
Seviyelendirilmiş elektrik maliyeti
Elektrik ait levelised maliyeti (LCOE) projesi ömrü boyunca dağıtılan maliyetlere dayalı kWh başına maliyet ve watt başına fiyattan daha canlılığını hesaplanması için daha iyi bir metrik olduğu düşünülmektedir. LCOE'ler, konuma bağlı olarak önemli ölçüde değişir. LCOE, müşterilerin yeni bir elektrik santrali yatırımında başabaş çıkması için kamu hizmeti şirketine ödemek zorunda kalacakları minimum fiyat olarak kabul edilebilir. Gerçekte hesaplamalar doğrudan karşılaştırılabilir olmasa da, LCOE geleneksel yerel şebeke fiyatları ile benzer bir fiyata düştüğünde, şebeke paritesi kabaca elde edilir. Büyük endüstriyel PV kurulumları 2011'de Kaliforniya'da şebeke paritesine ulaşmıştı. Çatı sistemleri için şebeke paritesinin bu zamanda hala çok daha uzak olduğuna inanılıyordu. Birçok LCOE hesaplamasının doğru olduğu düşünülmemektedir ve büyük miktarda varsayım gereklidir. Modül fiyatları daha da düşebilir ve buna bağlı olarak güneş enerjisi için LCOE gelecekte düşebilir.
Enerji talepleri gün boyunca yükselip düştüğünden ve güneş enerjisi güneşin batması gerçeğiyle sınırlı olduğundan, güneş enerjisi şirketleri aynı zamanda şebekeye daha istikrarlı alternatif enerji kaynakları sağlamanın ek maliyetlerini de hesaba katmak zorundadır. sistemi stabilize etmek veya enerjiyi bir şekilde depolamak (mevcut pil teknolojisi yeterli gücü depolayamaz). Bu maliyetler, LCOE hesaplamalarına dahil edilmez ve güneş enerjisi satın almayı daha cazip hale getirebilecek özel sübvansiyonlar veya primler de dikkate alınmaz. Güneş ve rüzgar enerjisi üretimindeki güvenilmezlik ve zamansal farklılıklar büyük bir sorundur. Bu uçucu güç kaynaklarının çok fazla olması, tüm şebekenin kararsızlığına neden olabilir.
2017 itibariyle, güneş enerjisi çiftlikleri için 0,05 $/kWh'nin altındaki güç satın alma anlaşması fiyatları Amerika Birleşik Devletleri'nde yaygın ve bazı Basra Körfezi ülkelerindeki en düşük teklifler yaklaşık 0,03 $/kWh idi. Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı'nın amacı, kamu hizmeti şirketleri için 0,03 ABD doları/kWh'lik güneş PV'si için seviyelendirilmiş bir enerji maliyeti elde etmektir.
Sübvansiyonlar ve finansman
Fotovoltaikler için besleme tarifeleri (FIT'ler) gibi mali teşvikler genellikle elektrik tüketicilerine güneş enerjisi üretim sistemleri kurmaları ve çalıştırmaları için teklif edilir ve bazı ülkelerde bu tür sübvansiyonlar fotovoltaiklerin ekonomik olarak karlı kalmasının tek yoludur. Almanya'da FIT sübvansiyonları genellikle bir kWh'lik normal perakende satış fiyatının (0,05 €) yaklaşık 0,13 € üzerindedir. PV FIT'ler endüstrinin benimsenmesi için çok önemli olmuştur ve 2011 itibariyle 50'den fazla ülkede tüketicilere sunulmaktadır. PV için sübvansiyonlar sunan en önemli ülkeler Almanya ve İspanya olmuştur ve bu ülkelerin politikaları bu ülkelerdeki talebi yönlendirmiştir. geçmiş. Bazı ABD güneş pili imalat şirketleri, Çin hükümetinin sübvansiyonları ve bu ürünlerin adil piyasa fiyatlarının altına düşmesi nedeniyle PV modül maliyetlerinin düşen fiyatlarının elde edildiğinden defalarca şikayet ettiler. ABD'li üreticiler, kârlı kalmalarını sağlamak için genellikle yabancı mallara yüksek tarifeler önermektedir. Bu endişelere yanıt olarak, Obama yönetimi, yerli üreticilerin fiyatlarını yükseltmek için 2012 yılında bu ürünlerin ABD'li tüketicilerine tarifeler uygulamaya başladı. Trump yönetimi altında ABD hükümeti, güneş enerjisi modüllerinin ticaretini kısıtlamak için ABD'li tüketicilere daha fazla tarife uyguladı. Bununla birlikte ABD, tüketicilere modül satın almaları için %30 federal vergi kredisi sunarak endüstriyi sübvanse ediyor. Hawaii'de federal ve eyalet sübvansiyonları kurulum maliyetlerinin üçte ikisini kesiyor.
Bazı çevreciler, PV üretim endüstrisini, PV tarafından üretilen elektriğin maliyetlerini serbest bir piyasada fosil yakıtlarla rekabet edebilecek bir düzeye çok daha hızlı bir şekilde azaltmak için genişletmek için devlet teşviklerinin kullanılması gerektiği fikrini desteklediler. Bu, üretim kapasitesi iki katına çıktığında, ölçek ekonomilerinin güneş enerjisi ürünlerinin fiyatlarının yarıya inmesine neden olacağı teorisine dayanmaktadır .
Birçok ülkede PV projeleri geliştirmek için sermayeye erişim yoktur. Bu sorunu çözmek için, seküritizasyon güneş fotovoltaik projelerinin gelişimini hızlandırmak için önerilmiştir. Örneğin SolarCity , 2013 yılında güneş enerjisi endüstrisinde ABD'nin ilk varlık destekli güvenliğini sundu .
Diğer
Fotovoltaik güç, yüksek klima kullanımı olan elektrik sistemlerinde günün en yüksek talebe yakın (bundan önce gelen) bir saatinde de üretilir. Büyük ölçekli PV işletimi, dönen rezervler şeklinde yedekleme gerektirdiğinden, gün ortasındaki marjinal üretim maliyeti, PV elektrik ürettiğinde tipik olarak en düşüktür, ancak sıfır değildir. Bu, bu makaledeki Şekil 1'de görülebilir: Şebekeye bağlı özel PV tesisleri olan konut mülkleri için, elektrik gündüzleri geceden daha değerli olduğundan, sahibi üretim zamanı dahil edildiğinde ekstra para kazanabilir.
2012'de bir gazeteci teoriye göre, eğer Amerikalıların enerji faturaları, kömürle çalışan enerjiden kaynaklanan karbondioksit emisyonlarına 50$/tonluk ekstra bir vergi uygulanarak yukarıya doğru zorlanırsa, bu, güneş enerjisiyle çalışan PV'nin çoğu ülkede tüketiciler için maliyet açısından daha rekabetçi görünmesine izin verebilirdi. konumlar.
Büyüme
Güneş fotovoltaikleri hızla büyüyor ve dünya çapında kurulu kapasite 2018 yılına kadar yaklaşık 515 gigawatt'a (GW) ulaştı . Dünyanın PV kapasitesinin bir takvim yılındaki toplam güç çıkışı artık 500 TWh elektriğin üzerinde. Bu, dünya çapındaki elektrik talebinin %2'sini temsil ediyor. 100'den fazla ülke solar PV kullanıyor. Çin'i ABD ve Japonya takip ederken , bir zamanlar dünyanın en büyük üreticisi olan Almanya'daki kurulumlar yavaşlıyor.
2017'de Science dergisinde yapılan bir araştırma, 2030 yılına kadar küresel PV kurulu kapasitelerinin 3.000 ila 10.000 GW arasında olacağını tahmin ediyor. 2010 yılındaki EPIA/ Greenpeace Güneş Üretimi Paradigma Değişim Senaryosu (eski adıyla Gelişmiş Senaryo), 2030 yılına kadar 1.845 GW PV sisteminin dünya çapında yaklaşık 2.646 TWh/yıl elektrik üretebileceğini gösteriyor. Enerji kullanım verimliliği iyileştirmeleri ile birlikte bu, dünya nüfusunun %9'undan fazlasının elektrik ihtiyacını temsil edecektir. 2050 yılına kadar, tüm elektriğin %20'sinden fazlası fotovoltaiklerden sağlanabilir.
2019'da Çin, kurulu 205 GW ile lider konumdadır. İkincisi 132 GW ile Avrupa Birliği. İkinci Devlet 76 GW ile ABD'dir. Üçüncüsü 63 GW ile Japonya. 10. ise 10 GW ile Fransa. 4 Yılda kurulu kapasite hızla artıyor. Tüm elektrik sisteminin PV kısmında lider %14,8 ile Honduras'tır.
Haziran 2014'te Barclays , merkezi olmayan PV sistemleri ve konut elektrik depolamasının bir kombinasyonu nedeniyle artan öz tüketim nedeniyle daha fazla rekabet beklediğini iddia ederek ABD kamu hizmeti şirketlerinin tahvillerinin notunu düşürdü .
2019 itibariyle Vietnam, Güneydoğu Asya'daki en yüksek kurulu kapasiteye sahip, yaklaşık 4,5 GW. Kişi başına yıllık yaklaşık 90 W'lık yıllık kurulum oranı, Vietnam'ı dünya liderleri arasına yerleştirmektedir. Cömert tarife garantisi (FIT) ve vergi muafiyetleri gibi hükümet destekleyici politikalar, Vietnam'ın güneş PV patlamasını sağlamanın anahtarıydı. Altta yatan etkenler arasında hükümetin enerjide kendi kendine yeterliliğini artırma arzusu ve halkın yerel çevre kalitesine yönelik talebi yer alıyor.
Kilit bir engel, sınırlı iletim şebekesi kapasitesidir.


Uygulamalar
Fotovoltaik sistemler
Bir fotovoltaik sistem veya solar PV sistemi, fotovoltaik aracılığıyla kullanılabilir güneş enerjisi sağlamak için tasarlanmış bir güç sistemidir. Güneş ışığını emmek ve doğrudan elektriğe dönüştürmek için güneş panelleri, elektrik akımını DC'den AC'ye değiştirmek için bir güneş invertörü ve ayrıca montaj, kablolama ve diğer elektrikli aksesuarlar dahil olmak üzere çeşitli bileşenlerin bir düzenlemesinden oluşur. PV sistemleri, birkaç ila birkaç on kilovatlık kapasiteye sahip küçük, çatıya monte veya binaya entegre sistemlerden yüzlerce megavatlık büyük şebeke ölçekli elektrik santrallerine kadar çeşitlilik gösterir . Günümüzde, çoğu PV sistemi şebekeye bağlıyken , bağımsız sistemler pazarın yalnızca küçük bir bölümünü oluşturmaktadır.
- Çatı ve bina entegre sistemleri
- Fotovoltaik diziler genellikle binalarla ilişkilendirilir: ya onlara entegre edilmiş, üzerlerine monte edilmiş ya da yere yakın bir yere monte edilmiş. Çatı üstü PV sistemleri çoğunlukla mevcut binalara, genellikle mevcut çatı yapısının üstüne veya mevcut duvarlara monte edilir. Alternatif olarak, bir dizi binadan ayrı olarak yerleştirilebilir ancak binaya güç sağlamak için kablo ile bağlanabilir. Binaya entegre fotovoltaikler (BIPV), yeni evsel ve endüstriyel binaların çatılarına veya duvarlarına ana veya yardımcı bir elektrik gücü kaynağı olarak giderek daha fazla dahil edilmektedir. Entegre PV hücreli çatı kiremitleri de bazen kullanılmaktadır. Havanın dolaşabileceği açık bir boşluk olması koşuluyla, çatıya monte edilen güneş panelleri , gündüz binalarda pasif bir soğutma etkisi sağlayabilir ve ayrıca geceleri biriken ısıyı içeride tutabilir. Tipik olarak, konut tipi çatı sistemleri, 5-10 kW civarında küçük kapasitelere sahipken, ticari çatı sistemleri genellikle birkaç yüz kilovat kadardır. Çatı sistemleri, yere monte edilen şebeke ölçekli enerji santrallerinden çok daha küçük olmasına rağmen, dünya çapında kurulu kapasitenin çoğunu oluştururlar.
- yoğunlaştırıcı fotovoltaik
- Yoğunlaştırıcı fotovoltaik (CPV), geleneksel düz plakalı PV sistemlerinin aksine, güneş ışığını küçük ama yüksek verimli, çok eklemli (MJ) güneş pillerine odaklamak için lensler ve kavisli aynalar kullanan bir fotovoltaik teknolojidir . Ek olarak, CPV sistemleri , verimliliklerini daha da artırmak için genellikle güneş takip cihazları ve bazen bir soğutma sistemi kullanır. Devam eden araştırma ve geliştirme hızla yarar ölçekli segmentinde ve yüksek güneş alanlarındaki rekabet güçlerini geliştirmektedir insolation .
- Fotovoltaik termal hibrit güneş kollektörü
- Fotovoltaik termal hibrit güneş kollektörü (PVT), güneş radyasyonunu termal ve elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir . Bu sistemler, güneş ışığını elektriğe dönüştüren bir güneş PV hücresini, kalan enerjiyi yakalayan ve PV modülünden atık ısıyı uzaklaştıran bir güneş termal kollektörü ile birleştirir. Hem elektriğin hem de ısının yakalanması, bu cihazların daha yüksek ekserjiye sahip olmasına ve dolayısıyla tek başına solar PV veya solar termalden daha fazla toplam enerji verimli olmasına izin verir .
- Güç istasyonları
- Tüm dünyada birçok kamu hizmeti ölçekli güneş enerjisi çiftliği inşa edilmiştir. 2011 yılında 579 megavatlık (MW AC ) Solar Star projesi önerildi, bunu ileride ABD şirketi tarafından inşa edilecek Desert Sunlight Solar Farm ve gelecekte her ikisi de 550 MW AC kapasiteli Topaz Solar Farm takip edecek . İlk Güneş kullanarak CdTe modülleri , bir ince film PV teknolojisi. Her üç elektrik santrali de Kaliforniya çölünde yer alacak. Solar Star projesi 2015 yılında tamamlandığında, o zamanlar dünyanın en büyük fotovoltaik elektrik santraliydi .
- agrivoltaik
- Dünya çapında güneş enerjisi üretimini tarımla entegre etmeye çalışan bir dizi deneysel güneş enerjisi çiftliği kurulmuştur . Bir İtalyan üretici, geleneksel sabit montajlı sistemlerden daha fazla elektrik üretmek için güneşin gökyüzündeki günlük yolunu izleyen bir tasarımın tanıtımını yaptı.
- kırsal elektrifikasyon
- Birçok köyün genellikle şebekeden beş kilometreden daha uzakta olduğu gelişmekte olan ülkeler giderek artan bir şekilde fotovoltaik kullanıyor. Hindistan'daki uzak yerlerde, bir kırsal aydınlatma programı, gazyağı lambalarının yerine güneş enerjisiyle çalışan LED aydınlatma sağlıyor. Güneş enerjisiyle çalışan lambalar, birkaç aylık gazyağı tedariki maliyetine satıldı. Küba, şebekeye bağlı olmayan bölgelere güneş enerjisi sağlamak için çalışıyor. Şebekeden bağımsız güneş enerjisi kullanımının daha karmaşık uygulamaları 3D yazıcıları içerir . RepRap 3D yazıcılar, sürdürülebilir kalkınma için dağıtılmış üretime olanak tanıyan fotovoltaik teknolojisiyle güneş enerjisiyle çalışıyor . Bunlar, sosyal maliyetlerin ve faydaların güneş enerjisine geçiş için mükemmel bir örnek sunduğu alanlardır, ancak karlılık eksikliği bu tür çabaları insani çabalara havale etmiştir. Bununla birlikte, 1995'te güneş enerjisiyle kırsal elektrifikasyon projelerinin, elverişsiz ekonomi, teknik destek eksikliği ve kuzeyden güneye teknoloji transferinin gizli güdülerinin mirası nedeniyle sürdürülmesinin zor olduğu tespit edildi.
- Bağımsız sistemler
- On yıl kadar öncesine kadar PV, hesap makinelerine ve yenilik cihazlarına güç sağlamak için sıklıkla kullanılıyordu. Entegre devrelerdeki ve düşük güçlü sıvı kristal ekranlardaki iyileştirmeler, bu tür cihazlara pil değişiklikleri arasında birkaç yıl boyunca güç verilmesini mümkün kılarak PV kullanımını daha az yaygın hale getirir. Buna karşılık, güneş enerjisiyle çalışan uzak sabit cihazlar, önemli bağlantı maliyetinin şebeke gücünü aşırı derecede pahalı hale getirdiği yerlerde son zamanlarda artan bir kullanım gördü. Bu tür uygulamalar arasında güneş lambaları , su pompaları, park sayaçları , acil durum telefonları , çöp sıkıştırıcılar , geçici trafik işaretleri, şarj istasyonları ve uzaktan koruma direkleri ve sinyalleri bulunur.
- yüzen güneş
- Arazinin sınırlı olabileceği yerlerde, PV yüzen güneş enerjisi olarak kullanılabilir . Mayıs 2008'de, CA, Oakville'deki Far Niente Şaraphanesi, 130 duba üzerine 994 fotovoltaik güneş paneli kurarak ve bunları şaraphanenin sulama havuzunda yüzdürerek dünyanın ilk "floatovoltaik" sistemine öncülük etti. Yüzer sistem yaklaşık 477 kW tepe çıkış üretir ve havuza bitişik bir dizi hücre ile birleştirildiğinde, şaraphanenin elektrik tüketimini tamamen dengeleyebilir. Yüzen bir sistemin birincil faydası, başka bir amaç için kullanılabilecek değerli arazi alanını feda etme ihtiyacını ortadan kaldırmasıdır. Far Niente Şaraphanesi örneğinde, yüzer sistem, kara tabanlı bir sistem için gerekli olacak bir dönümün dörtte üçünü kurtardı. Bu arazi alanı bunun yerine tarım için kullanılabilir. Yüzen bir güneş sisteminin bir başka yararı da, panellerin karada olacağından daha düşük bir sıcaklıkta tutulması ve bu da daha yüksek bir güneş enerjisi dönüşümü verimliliğine yol açmasıdır. Yüzer paneller ayrıca buharlaşma yoluyla kaybedilen su miktarını azaltır ve yosun oluşumunu engeller.
- ulaşımda
- PV geleneksel olarak uzayda elektrik gücü için kullanılmıştır. PV, ulaşım uygulamalarında hareket gücü sağlamak için nadiren kullanılır, ancak teknelerde ve arabalarda yardımcı güç sağlamak için giderek daha fazla kullanılmaktadır. Bazı otomobiller, sıcak günlerde iç sıcaklıkları sınırlamak için güneş enerjili klima ile donatılmıştır. Kendi kendine yeten bir güneş enerjisi aracının sınırlı gücü ve faydası olacaktır, ancak güneş enerjisiyle şarj edilen bir elektrikli araç , ulaşım için güneş enerjisinin kullanılmasına izin verir. Güneş enerjisiyle çalışan arabalar, tekneler ve uçaklar, en pratik ve büyük olasılıkla güneş arabaları olmak üzere gösterilmiştir . İsviçreli güneş uçak , Solar Impulse 2 , elde tarihindeki en uzun kesintisiz yalnız uçuş ve ilk güneş enerjili tamamladı havadan çevresini 2016 yılında dünyanın.
- Telekomünikasyon ve sinyalizasyon
- Solar PV gücü, yerel telefon santrali, radyo ve TV yayını, mikrodalga fırın ve diğer elektronik iletişim bağlantıları gibi telekomünikasyon uygulamaları için idealdir. Bunun nedeni, çoğu telekomünikasyon uygulamasında akümülatörlerin halihazırda kullanımda olması ve elektrik sisteminin temel olarak DC olmasıdır. Engebeli ve dağlık arazide, radyo ve TV sinyalleri dalgalı arazi nedeniyle engellendiğinden veya geri yansıtıldığından ulaşamayabilir. Bu konumlarda, yerel nüfus için sinyali almak ve yeniden iletmek üzere düşük güçlü vericiler (LPT) kurulur.
- Uzay aracı uygulamaları
- Uzay aracındaki güneş panelleri genellikle sensörleri, aktif ısıtma ve soğutmayı ve iletişimi çalıştırmak için tek güç kaynağıdır. Bir pil, bu enerjiyi güneş panelleri gölgedeyken kullanmak üzere depolar. Bazılarında, güç aynı zamanda uzay aracı tahriki - elektrik tahriki için de kullanılır . Uzay aracı, 1958'de ABD tarafından fırlatılan Vanguard 1 uydusunda kullanılan silikon güneş pilleri ile başlayarak, fotovoltaiklerin en eski uygulamalarından biriydi . O zamandan beri, MESSENGER sondasından Merkür'e kadar uzanan görevlerde güneş enerjisi kullanıldı. Juno'nun Jüpiter'e yaptığı sonda olarak güneş sisteminin çok uzağında . Uzayda uçan en büyük güneş enerjisi sistemi , Uluslararası Uzay İstasyonu'nun elektrik sistemidir . Kilogram başına üretilen gücü artırmak için, tipik uzay aracı güneş panelleri , galyum arsenit (GaAs) ve diğer yarı iletken malzemelerden yapılmış yüksek maliyetli, yüksek verimli ve kapalı paketli dikdörtgen çok eklemli güneş pilleri kullanır .
- Özel Güç Sistemleri
- Fotovoltaikler ayrıca, yüksek sıcaklıklardaki ve heterojen yakıcılar gibi tercih edilen ışıma yayma gücüne sahip nesneler için enerji dönüştürme cihazları olarak dahil edilebilir .
- İç Mekan Fotovoltaikleri (IPV)
- İç mekan fotovoltaikleri, akıllı sensörler ve iletişim cihazları gibi Nesnelerin İnterneti'ne güç sağlama potansiyeline sahiptir ve güç tüketimi, toksisite ve bakım gibi pil sınırlamalarına bir çözüm sunar . LED'ler ve floresan ışıklar gibi ortam iç mekan aydınlatması, küçük elektronik cihazlara veya düşük güç talebi olan cihazlara güç sağlamak için yeterli radyasyon yayar. Bu uygulamalarda, iç mekan fotovoltaikleri , özellikle önümüzdeki yıllarda kurulacak önemli sayıda kablosuz sensör ile önemli olan kablosuz ağların güvenilirliğini artırabilecek ve ömürlerini artırabilecektir .
- Güneş radyasyonuna erişimin olmaması nedeniyle , iç mekan fotovoltaikleri tarafından toplanan enerjinin yoğunluğu genellikle güneş ışığından üç kat daha küçüktür ve bu da fotovoltaik hücrelerin verimliliğini etkileyecektir. İç mekan ışık hasadı için optimal bant aralığı , dış mekan ışık hasadı için optimum olan 1,4 eV ile karşılaştırıldığında 1,9-2 eV civarındadır. Optimum bant aralığındaki artış aynı zamanda verimliliği de etkileyen daha büyük bir açık devre voltajı (VOC) ile sonuçlanır. Piyasadaki en yaygın fotovoltaik hücre türü olan silikon fotovoltaik, güneş ışığındaki %26 verimliliğine kıyasla, ortam iç ışığını toplarken sadece %8 civarında bir verime ulaşabilmektedir. Olası bir alternatif, kristal muadili ile karşılaştırıldığında 1,6 eV'lik daha geniş bir bant aralığına sahip olduğundan, amorf silikon a-Si kullanmaktır , bu da iç mekan ışık spektrumlarını yakalamak için daha uygun olmasına neden olur.
- İç mekan fotovoltaikleri için gelecek vaat eden diğer malzeme ve teknolojiler arasında ince film malzemeleri , III-V hafif toplayıcılar, organik fotovoltaikler (OPV) ve perovskite güneş pilleri bulunur .
- İnce film malzemeleri, özellikle CdTe , 1.5 eV bant aralığı ile düşük ışık ve dağınık koşullar altında iyi performans göstermiştir.
- Bazı tek bağlantı III-V hücreleri, %20'nin üzerinde bir verimlilikle, iç mekan aydınlatması altında iyi performansları koruduğu gösterilen 1.8 ila 1.9 eV aralığında bant boşluklarına sahiptir.
- Güneş ışığı altında enerji hasadında düşük verimliliğe sahip olmasına rağmen, iç mekan aydınlatmasından %16'nın üzerinde verimlilik sergileyen çeşitli organik fotovoltaikler mevcuttur. Bunun nedeni, OPV'lerin büyük bir absorpsiyon katsayısına, ayarlanabilir absorpsiyon aralıklarına ve ayrıca loş ışıkta küçük kaçak akımlara sahip olmaları ve iç mekan aydınlatmasını inorganik PV'lere kıyasla daha verimli bir şekilde dönüştürmelerine izin vermesidir.
- Perovskite güneş pilleri, düşük ışık seviyelerinde %25'in üzerinde verimlilik gösterecek şekilde test edilmiştir. Perovskit güneş pilleri genellikle kurşun içerirken, toksisite endişesini artırıyor, kurşunsuz perovskitten ilham alan malzemeler de iç mekan fotovoltaikleri olarak umut veriyor. Perovskit hücreler üzerinde çok sayıda araştırma yapılırken, IPV'ler için olasılıklarını keşfetmek ve nesnelerin internetini güçlendirmek için kullanılabilecek ürünler geliştirmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.
Fotoğraf sensörleri
Photosensors olan sensörler arasında açık veya başka elektromanyetik radyasyon . Bir foto dedektör, ışık fotonlarını akıma dönüştüren bir p-n bağlantısına sahiptir. Soğurulan fotonlar , tükenme bölgesinde elektron-delik çiftleri oluşturur . Fotodiyotlar ve foto transistörler, foto dedektörlere birkaç örnektir. Güneş pilleri , emilen ışık enerjisinin bir kısmını elektrik enerjisine dönüştürür.
deneysel teknoloji
Eğer güneş modüllerinin bir kısmı da, bir kulede birbiri üzerinde dikey olarak monte edilebilir zenit mesafe arasında güneş sıfırdan daha büyüktür, ve kule bir bütün olarak yatay açık olabilir ve buna ek olarak yaklaşık her modül bir yatay eksen. Böyle bir kulede modüller Güneş'i tam olarak takip edebilir. Böyle bir cihaz, döner bir disk üzerine monte edilmiş bir merdiven olarak tanımlanabilir . Bu merdivenin her basamağı dikdörtgen şeklinde bir güneş panelinin orta eksenidir . Güneş'in başucu mesafesinin sıfıra ulaşması durumunda, "merdiven", bir güneş modülünün daha alçakta bir gölge oluşturmasını önlemek için kuzeye veya güneye döndürülebilir. Tam olarak dikey bir kule yerine, ekseni kutup yıldızına yönlendirilmiş , yani Dünya'nın dönme eksenine paralel olan bir kule seçilebilir . Bu durumda eksen ile Güneş arasındaki açı her zaman 66 dereceden büyüktür. Bir gün boyunca, Güneş'i takip etmek için sadece panelleri bu eksen etrafında döndürmek gerekir. Tesisatlar yere monte edilebilir (ve bazen çiftçilik ve otlatma ile entegre edilebilir) veya bir binanın çatısına veya duvarlarına inşa edilebilir ( binaya entegre fotovoltaikler ).
verimlilik
Bugüne kadarki en verimli güneş pili türü, Aralık 2014'te Fraunhofer ISE tarafından üretilen %46,0 verimliliğe sahip çok eklemli yoğunlaştırıcı güneş pilidir . Konsantrasyon olmadan elde edilen en yüksek verimlilikler , tescilli üçlü kullanan Sharp Corporation'ın %35,8'lik bir malzemesini içerir. - 2009'da bağlantı üretim teknolojisi ve Boeing Spectrolab (%40,7'si yine üç katmanlı tasarım kullanıyor). ABD merkezli özel galyum arsenit (GaAs) PV üreticisi Alta Devices , esnek ve hafif uygulamalara adanmış "dünyanın en verimli güneş enerjisi" tek bağlantı hücresine sahip olduğunu iddia eden %26 verimli ticari hücreler üretiyor. Silikon güneş pili için, ABD şirketi SunPower , %15-18'lik piyasa ortalamasının oldukça üzerinde, % 22,8'lik sertifikalı modül verimliliğiyle lider olmaya devam ediyor. Ancak, Güney Koreli holding LG (%21.7 verimlilik) veya Norveç REC Grubu (%21.7 verimlilik) gibi rakip şirketler yetişiyor .
Öncelikle rekabet avantajı için PV hücrelerinin ve modüllerin dönüşüm verimliliğini artırmaya yönelik sürekli bir çaba vardır. Güneş pillerinin verimini artırmak için güneş spektrumuna uygun uygun bant aralığına sahip yarı iletken bir malzeme seçmek önemlidir . Bu, elektriksel ve optik özellikleri geliştirecektir. Yük toplama yönteminin iyileştirilmesi, verimliliğin arttırılması için de yararlıdır. Geliştirilmekte olan birkaç malzeme grubu vardır. Ultra yüksek verimli cihazlar (η>%30), çok eklemli tandem hücreli GaAs ve GaInP2 yarı iletkenleri kullanılarak yapılır. Yüksek verimli, düşük maliyetli hücreler (η>%20) elde etmek için yüksek kaliteli, tek kristalli silikon malzemeler kullanılır.
Organik fotovoltaik hücrelerdeki (OPV'ler) son gelişmeler, 1980'lerde piyasaya sürüldüklerinden bu yana güç dönüşüm verimliliğinde %3'ten %15'in üzerine önemli ilerlemeler sağlamıştır. Bugüne kadar bildirilen en yüksek güç dönüştürme verimliliği, küçük molekül için %6.7 ila %8.94, polimer OPV'ler için %8.4–10.6 ve perovskite OPV'ler için %7 ila %21 arasında değişmektedir. OPV'lerin PV pazarında önemli bir rol oynaması bekleniyor. Son gelişmeler verimliliği artırdı ve maliyeti düşürürken, çevreye zarar vermeyen ve yenilenebilir olmaya devam etti.
Birkaç şirket, akıllı modüller adı verilen PV modüllerine güç optimize edicileri yerleştirmeye başladı . Bu modüller , her modül için ayrı ayrı maksimum güç noktası takibi (MPPT) gerçekleştirir, izleme için performans verilerini ölçer ve ek güvenlik özellikleri sağlar. Bu tür modüller, gölgeleme etkilerini de telafi edebilir, burada bir modülün bir bölümü üzerine düşen bir gölge, modüldeki bir veya daha fazla hücre dizisinin elektrik çıktısının azalmasına neden olur.
Hücrelerin performansının düşmesinin başlıca nedenlerinden biri aşırı ısınmadır. Bir güneş pilinin verimliliği, sıcaklıktaki her 1 santigrat derecelik artış için yaklaşık % 0,5 oranında azalır. Bu, yüzey sıcaklığındaki 100 derecelik bir artışın bir güneş pilinin verimini yaklaşık yarı yarıya azaltabileceği anlamına gelir. Kendinden soğuyan güneş pilleri bu soruna bir çözümdür. Yüzeyi soğutmak için enerji kullanmak yerine silikadan piramit ve koni şekilleri oluşturulabilir ve bir güneş panelinin yüzeyine yapıştırılabilir. Bunu yapmak, görünür ışığın güneş hücrelerine ulaşmasına izin verir , ancak kızılötesi ışınları (ısı taşıyan) yansıtır .
sıcaklığın etkisi
Bir fotovoltaik (PV) modülün performansı, çevresel koşullara, özellikle modül düzlemindeki küresel olay ışıması G'ye bağlıdır. Bununla birlikte, p-n bağlantısının sıcaklığı T aynı zamanda ana elektrik parametrelerini de etkiler: kısa devre akımı ISC, açık devre voltajı VOC ve maksimum güç Pmax. G ve T'nin değişen koşulları altında PV hücrelerinin davranışıyla ilgili ilk çalışmalar birkaç on yıl öncesine dayanmaktadır.1-4 Genel olarak, VOC'nin T ile önemli bir ters korelasyon gösterdiği, oysa ISC için bu korelasyonun doğrudan olduğu bilinmektedir, ancak daha zayıftır, böylece bu artış VOC'deki düşüşü telafi etmez. Sonuç olarak, T arttığında Pmax azalır. Bir güneş pilinin çıkış gücü ile bağlantı çalışma sıcaklığı arasındaki bu korelasyon, yarı iletken malzemeye2 bağlıdır ve T'nin içsel taşıyıcıların, yani elektronların ve deliklerin konsantrasyonu, ömrü ve hareketliliği üzerindeki etkisinden kaynaklanır. , PV hücresinin içinde.
Sıcaklık duyarlılığı genellikle bazı sıcaklık katsayıları ile tanımlanır ve her biri bağlantı sıcaklığına göre atıfta bulunduğu parametrenin türevini ifade eder. Bu parametrelerin değerleri herhangi bir PV modülü veri sayfasında bulunabilir; bunlar şunlar:
– β VOC'nin T'ye göre varyasyon katsayısı, ∂VOC/∂T ile verilir.
– ∂ISC/∂T tarafından verilen, T'ye göre ISC'nin varyasyon katsayısı.
– ∂ ∂Pmax/∂T ile verilen Pmax'ın T'ye göre değişim katsayısı.
Bu katsayıları deneysel verilerden tahmin etme teknikleri literatürde bulunabilir. Birkaç çalışma, hücre veya modül sıcaklığına göre seri direncin değişimini analiz etmektedir. Bu bağımlılık, akım-gerilim eğrisinin uygun şekilde işlenmesiyle incelenir. Seri direncin sıcaklık katsayısı, tek diyot modeli veya çift diyot modeli kullanılarak tahmin edilir.
Avantajlar
Dünya yüzeyine ulaşan 122 PW'lık güneş ışığı boldur - 2005 yılında insanlar tarafından tüketilen ortalama 13 TW eşdeğerinden neredeyse 10.000 kat daha fazladır. Bu bolluk, güneş enerjisinin dünyanın birincil enerji kaynağı haline gelmesinin çok uzun sürmeyeceğini düşündürüyor. Ayrıca, güneşten elektrik üretimi yenilenebilir enerjiler arasında en yüksek güç yoğunluğuna (küresel ortalama 170 W/m 2 ) sahiptir.
Güneş enerjisi, kullanım sırasında kirlilik içermez, bu da diğer enerji kaynakları ile ikame edildiğinde kirliliğin azaltılmasını sağlar. Örneğin, MIT , ABD'de kömürle çalışan elektrik santrali kirliliğinden yılda 52.000 kişinin erken öldüğünü ve bu ölümlerin biri dışında tümünün, kömürün yerine PV kullanılmasının engellenebileceğini tahmin ediyor. Üretim son atıkları ve emisyonları, mevcut kirlilik kontrolleri kullanılarak yönetilebilir. Kullanım sonu geri dönüşüm teknolojileri geliştirilmekte ve üreticilerin geri dönüşümünü teşvik eden politikalar üretilmektedir.
PV kurulumları ideal olarak ilk kurulumlarından sonra çok az bakım veya müdahale ile 100 yıl veya daha fazla çalışabilir, bu nedenle herhangi bir güneş enerjisi santralinin ilk sermaye maliyetinden sonra işletme maliyetleri mevcut enerji teknolojilerine kıyasla son derece düşüktür.
Şebekeye bağlı güneş enerjisi yerel olarak kullanılabilir, böylece iletim/dağıtım kayıplarını azaltır (ABD'deki iletim kayıpları 1995'te yaklaşık %7,2 idi).
Fosil ve nükleer enerji kaynaklarıyla karşılaştırıldığında, güneş pillerinin geliştirilmesine çok az araştırma parası yatırıldı, bu nedenle iyileştirme için önemli bir alan var. Bununla birlikte, fotovoltaik hücrelerin yoğunlaştırılması durumunda deneysel yüksek verimli güneş pillerinin verimi zaten %40'ın üzerindedir ve seri üretim maliyetleri hızla düşerken verimlilikler hızla yükselir.
Amerika Birleşik Devletleri'nin bazı eyaletlerinde, ev sahibi hareket ederse ve alıcı sisteme satıcıdan daha az değer verirse, eve monte bir sisteme yapılan yatırımın çoğu kaybolabilir. Berkeley şehri , güneş panellerinin ödemesi için evle birlikte aktarılan bir vergi değerlendirmesi ekleyerek bu sınırlamayı ortadan kaldırmak için yenilikçi bir finansman yöntemi geliştirdi. Şimdi PACE , Mülkiyet Değerlendirilen Temiz Enerji olarak bilinen 30 ABD eyaleti bu çözümü tekrarladı.
En azından Kaliforniya'da, eve monte bir güneş sisteminin varlığının aslında bir evin değerini artırabileceğine dair kanıtlar var. Ernest Orlando Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı tarafından Nisan 2011'de yayınlanan, Konut Fotovoltaik Enerji Sistemlerinin Kaliforniya'daki Ev Satış Fiyatları Üzerindeki Etkilerinin Analizi başlıklı bir makaleye göre:
Araştırma, Kaliforniya'daki PV sistemli evlerin, PV sistemleri olmayan benzer evlere göre daha yüksek fiyata satıldığına dair güçlü kanıtlar buluyor. Daha spesifik olarak, ortalama PV primleri için tahminler, çok sayıda farklı model spesifikasyonu arasında kurulu watt (DC) başına yaklaşık 3,9 ila 6,4 ABD doları arasında değişmektedir ve çoğu model 5.5$/watt civarında birleşmektedir. Bu değer, nispeten yeni bir 3.100 watt PV sistemi (çalışmadaki ortalama PV sistemlerinin boyutu) için yaklaşık 17.000$'lık bir prime karşılık gelmektedir.
Dezavantajları
- Üretimde Kirlilik ve Enerji
PV, temiz, emisyonsuz elektrik üretmenin iyi bilinen bir yöntemi olmuştur. PV sistemleri genellikle PV modüllerinden ve invertörden (DC'yi AC'ye değiştirme) yapılır. PV modülleri, esas olarak, bilgisayar çipleri yapmak için kullanılan malzemeden temel bir farkı olmayan PV hücrelerinden yapılır. PV hücrelerinin üretim süreci enerji yoğundur ve oldukça zehirli ve çevresel olarak toksik kimyasallar içerir. Dünya çapında PV'den üretilen enerji ile PV modülleri üreten birkaç PV üretim tesisi bulunmaktadır. Bu karşı önlem, PV hücrelerinin üretim sürecinin karbon ayak izini önemli ölçüde azaltır. Üretim sürecinde kullanılan ve üretilen kimyasalların yönetimi, fabrikaların yerel yasa ve yönetmeliklerine tabidir.
- Elektrik Şebekesine Etkisi
Metre arkası çatı fotovoltaik sistemleri için enerji akışı iki yönlü hale gelir. Tüketimden daha fazla yerel üretim olduğunda, elektrik şebekeye ihraç edilerek net ölçüme izin verilir . Bununla birlikte, elektrik şebekeleri geleneksel olarak iki yönlü enerji transferi ile başa çıkmak için tasarlanmamıştır, bu da teknik sorunlara yol açabilir. Elektrik bu PV evlerden şebekeye geri akarken aşırı voltaj sorunu ortaya çıkabilir. PV invertör güç faktörünün düzenlenmesi, elektrik dağıtıcısı seviyesinde yeni voltaj ve enerji kontrol ekipmanı, elektrik kablolarının yeniden iletkeni, talep tarafı yönetimi vb. gibi aşırı voltaj sorununu yönetmek için çözümler vardır. Genellikle ilgili sınırlamalar ve maliyetler vardır. bu çözümlere.
Gün ortasındaki yüksek üretim, net üretim talebini azaltır, ancak güneş battıkça daha yüksek tepe net talep, hizmet üretim istasyonlarının hızlı rampalanmasını gerektirebilir ve ördek eğrisi adı verilen bir yük profili üretir .
- Elektrik Fatura Yönetimi ve Enerji Yatırımına Etkileri
Müşterilerin (sitelerin) farklı özel durumları, örneğin farklı konfor/kolaylık ihtiyaçları, farklı elektrik tarifeleri veya farklı kullanım şekilleri olduğu için elektrik veya enerji talebi ve fatura yönetiminde gümüş kurşun yoktur. Elektrik tarifesi, günlük erişim ve ölçüm ücreti, enerji ücreti (kWh, MWh bazında) veya en yüksek talep ücreti (örneğin bir aydaki en yüksek 30 dakikalık enerji tüketimi için fiyat) gibi birkaç unsuru içerebilir. PV, Avustralya ve Almanya'da olduğu gibi, elektrik fiyatlarının makul ölçüde yüksek olduğu ve sürekli arttığı durumlarda, enerji ücretlerini azaltmak için umut verici bir seçenektir. Ancak, en yüksek talep ücretinin mevcut olduğu siteler için, örneğin konut topluluklarında, en yüksek talepler çoğunlukla öğleden sonra geç akşam erken saatlerde meydana gelirse, PV daha az çekici olabilir. Genel olarak, enerji yatırımı büyük ölçüde ekonomik bir karardır ve operasyonel iyileştirme, enerji verimliliği, yerinde üretim ve enerji depolama seçeneklerinin sistematik değerlendirmesine dayalı yatırım kararları almak daha iyidir.
Ayrıca bakınız
|Wikimedia Commons, Fotovoltaik ile ilgili medyaya sahiptir .|
- aktif güneş
- agrivoltaik
- Amerikan Güneş Enerjisi Derneği
- Anormal fotovoltaik etki
- Yenilenebilir enerjide bakır § Güneş fotovoltaik enerji üretimi
- Kaynağa göre elektrik maliyeti
- Enerji talep yönetimi
- Elektromotor kuvvet § Güneş pili
- Grafen § Güneş pilleri
- fotovoltaik şirketlerin listesi
- güneş pili üreticilerinin listesi
- fotoelektrokimyasal hücre
- Kuantum verimliliği § Güneş pillerinin kuantum verimliliği
- Yenilenebilir enerjinin ticarileştirilmesi
- Güneş pili kumaşı
- Güneş modülü kalite güvencesi
- Güneş fotovoltaik izleme
- Ülkeye göre güneş enerjisi
- Güneş termal enerjisi
- güneş pili teorisi
Referanslar
daha fazla okuma


Fotovoltaik hakkında kütüphane kaynakları|
- Clean Tech Nation : ABD Yeni Küresel Ekonomide Nasıl Liderlik Edebilir (2012) Ron Pernick ve Clint Wilder
- Uluslararası Enerji Ajansı tarafından Yenilenebilir Enerji Dağıtımı 2011 (2011)
- Ateşi Yeniden Keşfetmek: Yeni Enerji Çağı için Cesur İş Çözümleri (2011), Amory Lovins
- IPCC tarafından Yenilenebilir Enerji Kaynakları ve İklim Değişikliği Azaltımı (2011)
- Uluslararası Enerji Ajansı tarafından Güneş Enerjisi Perspektifleri (2011)
- PH ev sahipleri için güneş enerjisi ne kadar pratik? Rappler tarafından
- SolarBankbility AB Projesi 09/2016. "Fotovoltaik Projelerde Teknik Risklerin En Aza İndirilmesi" Raporu