Utangulizi wa Bidhaa

Fikiria siku ya wazi.

Unasimama pembeni ya paa na kuona safu za paneli za jua zikiwa kimya chini ya jua. Mwanga wa jua yenyewe ni nyeupe, lakini paneli hizo si nyeupe, si dhahabu, si wazi.

Wengi wao ni bluu. Au nyeusi.

Na hapa swali la asili linajitokeza. Ikiwa paneli za jua zipo ili kunasa mwanga wa jua, kwa nini zinaonekana nyeusi sana? Silika yetu inasema nyeupe ndiyo angavu zaidi, fedha ndiyo inayong'aa zaidi, dhahabu inaonekana kama jua. Lakini paneli zinazozalisha umeme zinaonekana kama mbao za kioo bluu-nyeusi.

Kama msambazaji wa mashine za kutengeneza paneli za jua na suluhisho la mstari wa uzalishaji wa paneli za jua, Ooitech inaweza kutoa mstari wa uzalishaji wa moduli nyeusi kabisa.

Hii si suala la urembo. Ni mazungumzo ya uhandisi ya miongo kadhaa kati ya wanadamu na mwanga wa jua.

Silikoni ya polycrystalline bluu dhidi ya silikoni ya monocrystalline nyeusi

Maelezo: Bluu na nyeusi ya paneli za jua si rangi rahisi. Ni matokeo ya pamoja ya muundo wa fuwele, filamu ya kuzuia kuakisi na ufanisi wa ufyonzaji wa mwanga.

Wacha tuanze na uzoefu rahisi wa kila siku. Kuvaa nyeusi kwenye jua la kiangazi kunahisi joto zaidi. Kuvaa nyeupe kunahisi baridi. Nguo nyeupe huakisi mwanga mwingi. Nguo nyeusi huchukua zaidi.

Paneli za jua hufanya kazi kwa njia ile ile. Kwa vitu vingi, mng'ao mzuri unaonekana vizuri. Kwa paneli ya jua, kuakisi ni upotevu. Wakati mwale wa jua unapogonga paneli na kurudi angani, hauwahi kuwa umeme. Mwanga unaoingia ndani ya silikoni ndio una nafasi ya kuamsha elektroni na kutengeneza mkondo. Wizara ya Nishati ya Marekani pia inasema wazi: safu ya silikoni inachukua mwanga, elektroni huchangamka, na zinaposonga huunda mkondo.

Kwa hivyo tangu mwanzo, paneli ya jua haitaki kuwa nyeupe. Nyeupe inasema, 'Mwanga wa jua ulikuja, na nikaurudisha angani.' Bluu-nyeusi inasema, 'Mwanga wa jua ulikuja, na ninaubakiza kadri niwezavyo.'

Vigezo vya Kiufundi

Kwa nini paneli nyingi za zamani ni za bluu?

Hii inarejea kwa aina ya kawaida sana ya paneli kutoka zamani: silikoni ya polycrystalline.

Silikoni ya polycrystalline si kioo kimoja kikamilifu. Ni chembe nyingi ndogo zilizounganishwa pamoja. Fikiria uso wa ziwa ulioganda, uliojaa mifumo ya nyufa za barafu. Kila chembe inaelekea upande tofauti kidogo. Mwanga wa jua unaoigonga huakisi tofauti kidogo kila mahali. Ndiyo maana paneli za poly mara nyingi huonekana bluu au bluu iliyokolea, na uso wenye muundo wa chuma wenye nyufa hafifu kama barafu.

Kwa hivyo bluu ya silikoni ya poly si rangi. Ni kama muundo wa fuwele za silikoni zinazoonekana chini ya jua.

Lakini bluu haitoki kwenye kioo pekee. Kuna safu nyembamba sana juu ya uso wa paneli inayoitwa mipako ya kuzuia kuakisi. Neno linasikika kiufundi, lakini ni rahisi kuelewa. Unapovaa miwani, lenzi zingine huwa na mwako wa bluu-zambarau au kijani hafifu (skrini ya simu unayoiangalia sasa inafanya vivyo hivyo). Filamu hiyo si mapambo. Inapunguza uakisi ili mwanga zaidi upite kwenye lenzi.

Vivyo hivyo kwa paneli. Silikoni yenyewe ina uakisi mkubwa. Ikiwa haijatibiwa, sehemu ya mwanga wa jua huruka moja kwa moja kutoka kwenye uso wa wafa. Kwa hivyo wahandisi hufanya uso wa wafa kuwa na muundo na kuweka mipako ya kuzuia uakisi ili mwanga zaidi uingie kwenye silikoni. DOE inapoelezea utengenezaji wa moduli za silikoni za kioo, kuweka mipako ya kuzuia uakisi mbele ya seli imeorodheshwa kama moja ya hatua za utengenezaji wa seli.

Picha ya darubini ya elektroni ya uso wa wafa

Maelezo: Chini ya darubini, uso wa wafa si tambarare laini bali ni uwanja mnene wa piramidi ndogo. Muundo huu hupunguza uakisi na kunasa mwanga zaidi ndani ya wafa.

Unaweza kufikiria mipako ya kuzuia kuakisi kama mlango wa kuingilia kwa upole. Ikiwa tofauti ya macho kati ya hewa na silicon ni kubwa sana, mwanga hurudi nyuma kwa urahisi. Ikiwa kuna safu ya mpito katikati, mwanga huingia kwenye wafa kwa urahisi zaidi. Nyenzo ya silicon nyeusi ya NREL ina mstari unaofaa mantiki hii: kuakisi kidogo kunamaanisha kunyonya zaidi, ambayo inamaanisha ufanisi wa juu na nguvu zaidi. Uchongaji wa kawaida na tabaka za kuzuia kuakisi tayari huruhusu seli kunyonya takriban 93%–97% ya mwanga wa jua, wakati mchakato wa silicon nyeusi unaruhusu wafa kunyonya zaidi ya 98% ya mwanga unaoingia, ndiyo maana inaonekana nyeusi. Hii inasema jambo moja wazi: kadiri paneli inavyotaka kuwa na ufanisi zaidi, ndivyo inavyoweza kumudu kuakisi mwanga mdogo.

Buluu ni mwanga mdogo uliobaki kutoka kwa silicon ya awali ya poly na filamu yake ya kuzuia kuakisi. Nyeusi ni jinsi silicon inavyoonekana mara tu inapojifunza kula mwanga.

Faida za Kiufundi

Baadaye, paneli nyeusi zilizidi kuwa za kawaida

Nyuma ya hili kuna mhusika mwingine mkuu: silicon ya monocrystalline.

Silicon ya mono ni kama kipande kimoja chenye mwelekeo mmoja na muundo nadhifu. Haina muundo uliovunjika wa silicon ya poly, kwa hivyo uso wake unaonekana sawa zaidi, kina zaidi, na karibu na nyeusi.

Ikiwa silicon ya poly ni kama karatasi ya barafu ya buluu iliyovunjika, silicon ya mono ni kama kipande cha obsidian.

Paa nyingi za makazi sasa zinapendelea moduli nyeusi kabisa. Kwa mbali hazionekani kama gridi za sehemu za viwanda. Zinaonekana kama glasi nyeusi iliyowekwa vizuri. Data ya DOE inabainisha kuwa kufikia 2022 silicon ya monocrystalline ilikuwa tayari imechukua 96% ya usafirishaji wa moduli za jua duniani, na kuwa nyenzo ya kawaida zaidi ya kunyonya katika moduli za leo, na moduli zinazozalishwa kiwandani kwa kawaida hufikia ufanisi wa ulimwengu halisi karibu 20%–22%.

Kwa hivyo nyeusi sio tu kuhusu kuonekana kwa kiwango cha juu. Nyuma yake kuna fuwele zenye usawa zaidi, utengenezaji uliokomaa zaidi, kuakisi kidogo, na njia bora zaidi ya kunyonya mwanga.

• Muundo wa fuwele wenye usawa zaidi kwa silicon ya monocrystalline

• Uakisi wa uso wa chini, mwanga zaidi umenaswa ndani

• Unyonyaji wa juu, hadi zaidi ya 98% kwa silicon nyeusi

• Muonekano safi, mweusi kabisa unapendelewa kwenye paa za kisasa

• Utengenezaji uliokomaa, wa gharama nafuu unaofaa kwa usambazaji mkubwa

Matumizi ya Bidhaa

Rudi kwenye historia ya nishati ya jua

Mnamo 1954, Bell Labs ilionyesha seli ya kwanza ya silikoni ya jua inayotumika. Ufanisi wake ulikuwa karibu 6% tu. Kwa viwango vya leo 6% inaonekana chini, lakini wakati huo ilitosha kuzungusha toy ndogo, na ilitosha kufanya watu waamini kwa mara ya kwanza kwamba mwanga wa jua unaweza kufanya zaidi ya kukausha nguo na kupasha joto ngozi. Inaweza kugeuka moja kwa moja kuwa umeme. Jumuiya ya Fizikia ya Marekani pia inarekodi historia hii: Bell Labs ilionyesha seli ya kwanza ya silikoni ya jua inayotumika Aprili 25, 1954, na seli za awali za silikoni zikiwa na ufanisi wa karibu 6%.

Picha ya kihistoria ya seli ya jua ya Bell Labs ya 1954

Maelezo: Seli za awali za silikoni za jua hazikuwa na ufanisi mkubwa, lakini zilifungua mlango wa teknolojia ya kisasa ya photovoltaic.

Ilikuwa kama mwanzo. Seli za mwanzo zilikuwa ghali, ndogo, na zilihisi kama toy ya baadaye kutoka maabara. Kisha zikaenda angani. Satelaiti haiwezi kubeba makaa na haiwezi kubadilisha betri kila siku, hivyo seli za jua zikawa chanzo chake bora cha nishati. Baada ya hapo, wafers zilikatwa nyembamba, michakato ikakomaa, gharama zikashuka. Vipande hivyo vya bluu-nyeusi ambavyo hapo awali vilikuwa vya maabara na vyombo vya anga tu, polepole vilienea kwenye jangwa, viwanda, shule, maegesho ya magari na paa za kawaida.

Rangi pia ilibadilika njiani. Kutoka kwa bluu ya kawaida ya poly silikoni ya siku za mwanzo hadi nyeusi ya mono silikoni inayozidi kuwa ya kawaida sasa, inaweza kuonekana kama kivuli cha kina zaidi. Lakini nyuma yake, msururu mzima wa ugavi ulikuwa ukiendelea mbele.

Uakisi mdogo. Unyonyaji zaidi. Ufanisi wa juu. Gharama ya chini. Inafaa zaidi kwa usambazaji mkubwa. Na rangi iliendelea kuwa nyeusi zaidi.

Moduli nyeusi kwenye paa la kisasa

Maelezo: Nyumba za kisasa zinazidi kutumia moduli nyeusi au nyeusi kabisa. Zinaonekana nadhifu na zinaonyesha ukomavu wa silikoni ya mono-kristali na muundo wa uakisi mdogo.

Je, paneli zinaweza kuwa nyekundu, kijani au dhahabu?

Bila shaka zinaweza.

Photovoltaics iliyounganishwa na majengo tayari ina moduli za rangi nyingi. Majengo ya jiji si mara zote yanatakiwa ukuta wa glasi nyeusi, hivyo wahandisi hutumia mipako maalum, maumbo na ufungaji kugeuza paneli kuwa kijivu, nyekundu ya matofali, kijani, hata karibu na rangi ya ukuta wa kawaida wa pazia.

Lakini bei ni ya moja kwa moja. Unaiona kwa rangi nyekundu kwa sababu inaakisi mwanga mwekundu kwako. Unaiona kwa rangi ya kijani kwa sababu inaakisi mwanga wa kijani kwako. Na mwanga unaoakisiwa hauingii kwenye seli kuzalisha nguvu. Hiyo inamaanisha mapato yaliyopotea na ufanisi mdogo wa uzalishaji. PV yenye rangi haiwezekani. Inahitaji mazungumzo mapya kati ya muonekano na ufanisi.

Rangi nzuri haifanyi paneli kuwa bora. Ubunifu wa uhandisi uliokomaa mara nyingi hauketi kwenye chaguo la kuvutia zaidi, bali kwenye lile la kuaminika zaidi, lenye ufanisi zaidi na la gharama nafuu zaidi kwa muda mrefu.

Wasiliana na Ununuzi

Basi angalia tena kipande hicho cha bluu-nyeusi juu ya paa

Si kwamba paneli za jua zinaonekana hivi kwa bahati. Ni matokeo yaliyochujwa na nyenzo za silicon, muundo wa fuwele, filamu ya kuzuia uakisi, gharama ya utengenezaji na ufanisi wa uzalishaji kwa pamoja.

Bluu si mapambo. Nyeusi si ladha.

Ni paneli ikikuambia haitaki kurudisha mwanga wa jua angani. Inataka kuhifadhi mwanga, kuamsha elektroni, na kugeuza fotoni zisizoonekana kuwa mkondo unaoonekana. Jua linashuka kupitia mawingu na kutua kwenye hiyo bluu-nyeusi kimya. Hakuna mngurumo, hakuna bomba moshi, hakuna mwali. Mwanga tu unaoingia kwenye silicon, elektroni zinaanza kusonga, mkondo unapita kwenye nyembamba za chuma kuelekea mahali pengine mbali.

Katika wakati huo, paneli ya jua ni kama ukurasa mweusi ulioandikwa na jua. Na wanachosoma wanadamu juu yake ni jibu dogo la wazi.

Ili kunasa mwanga zaidi wa jua, silicon ilijivika rangi ya bluu-nyeusi.

Maoni ya Ooitech

Mabadiliko kutoka poly bluu hadi mono nyeusi yote si tu mtindo wa rangi, ni hadithi ya utengenezaji kuhusu kupunguza uakisi hadi sifuri. Kwa upande wa moduli tunaiona kila siku: seli za mono zenye usawa, muundo wa ncha na lamination safi ndivyo vinavyofanya paneli nyeusi yote kuwa nzuri na bado kufanya kazi. Ikiwa unataka kuona jinsi moduli hizi nyeusi zinavyojengwa kwenye mstari halisi, kituo chetu cha YouTube cha www.youtube.com/ooitech kinaonyesha sakafu ya kiwanda kwa karibu, na inafaa kujiandikisha ikiwa utengenezaji wa jua ni kitu chako.