Kwa Nini Paneli za Sola ni za Bluu au Nyeusi — Silicon na Mipako

Jibu la haraka: Paneli za jua zinaonekana za bluu au nyeusi kwa sababu ya mambo mawili: muundo wa kioo wa silikoni na mipako ya kuzuia mwanga kurudi nyuma iliyo juu yake. Silikoni ya kioo huakisi sehemu kubwa ya mwanga unaoingia — takriban 22% kwa kipande cha silikoni kilichong'arishwa bila mipako — na muundo uliochongwa kwenye uso pamoja na mipako ya SiNx hupunguza uakisi huo hadi karibu 4%, hivyo karibu 96% ya mwanga unaoingia kwenye kioo hufikia seli. Rangi iliyobaki ni mwanga ambao haujafyonzwa au kupitishwa. Silikoni ya fuwele nyingi ina mipaka ya punje inayoonekana ambayo hutawanya mwanga tofauti na silikoni ya fuwele moja, ndiyo sababu hizo mbili huonekana kama vivuli tofauti vya bluu, na kwa nini moduli nyeusi kabisa kwa kawaida huonyesha aina fulani ya seli na mkusanyiko wa mipako badala ya uchaguzi wa mapambo tu. Kwa hiyo rangi ni kiashiria cha jumla cha teknolojia ya seli.

Utengenezaji wa Moduli za PV · na Jerry, Ooitech

Utangulizi wa Bidhaa

Fikiria siku ya wazi.

Unasimama kwenye ukingo wa paa na kuangalia safu za paneli za sola zimelala kimya chini ya jua. Mwanga wa jua wenyewe ni mweupe, lakini paneli hizo si nyeupe, si dhahabu, si uwazi.

Nyingi zao ni za bluu. Au nyeusi.

Na hapa swali la asili sana linajitokeza. Ikiwa paneli za sola zipo ili kunasa mwanga wa jua, kwa nini zinaonekana nyeusi sana? Silika yetu inasema nyeupe ni angavu zaidi, fedha inang'aa zaidi, dhahabu inaonekana kama jua zaidi. Lakini paneli ambazo kwa kweli huzalisha umeme zinaonekana kama vipande vya kioo cha bluu-nyeusi.

Kama mtoa huduma wa mashine za kutengeneza paneli za sola na suluhisho kamili za laini za uzalishaji wa paneli za sola, Ooitech inaweza kutoa laini za uzalishaji kwa moduli nyeusi kabisa.

Hii haihusu uzuri wa nje. Ni mazungumzo ya kiufundi ya miongo mingi kati ya wanadamu na mwanga wa jua.

Silikoni ya polikristali ya bluu dhidi ya silikoni ya monokristali nyeusi

Maelezo: Bluu na nyeusi ya paneli za sola si rangi rahisi. Ni matokeo ya pamoja ya muundo wa kioo, filamu ya kuzuia mwanga na ufanisi wa kunyonya mwanga.

Hebu tuanze na uzoefu rahisi wa kila siku. Kuvaa nyeusi kwenye jua la kiangazi huhisi moto zaidi. Kuvaa nyeupe huhisi baridi zaidi. Nguo nyeupe huakisi mwanga mwingi. Nguo nyeusi hunyonya mwingi zaidi.

Paneli za sola hufanya kazi vivyo hivyo. Kwa vitu vingi, mng'ao mzuri huonekana vizuri. Kwa paneli ya sola, kuakisi ni upotevu. Wakati mwanga wa jua unapiga paneli na kurudi angani, hauwezi kuwa umeme. Ni mwanga tu unaoingia ndani ya silikoni ambao una nafasi ya kuamsha elektroni na kuunda mkondo. Idara ya Nishati ya Marekani inasema wazi pia: safu ya silikoni hunyonya mwanga, elektroni huchochewa, na zinaposonga huunda mkondo.

Kwa hiyo tangu mwanzo, paneli ya sola haitaki kuwa nyeupe. Nyeupe inasema, "Mwanga wa jua ulikuja, na niliurudisha angani." Bluu-nyeusi inasema, "Mwanga wa jua ulikuja, na ninahifadhi kadiri ninavyoweza."

Vigezo vya Kiufundi

Kwa nini paneli nyingi za zamani ni za bluu?

Hii inarudi kwenye aina ya paneli inayojulikana sana kutoka zamani: silicon ya polikristali.

Silicon ya polikristali si kioo kimoja kamili. Ni chembechembe nyingi ndogo zilizoshikamana pamoja. Fikiria uso wa ziwa lililoganda, uliojaa mifumo ya barafu iliyopasuka. Kila chembe inaelekea upande tofauti kidogo. Mwanga wa jua unaoigonga huakisiwa tofauti kidogo kila mahali. Ndiyo sababu paneli za poly mara nyingi huonekana za bluu au bluu iliyokolea, na uso unaobeba muundo hafifu wa kupasuka, mpasuko wa barafu, na metali.

Kwa hivyo bluu ya silicon ya poly si rangi. Ni zaidi kama muundo wa fuwele za silicon unaojitokeza chini ya jua.

Lakini bluu haitokani tu na fuwele. Kuna tabaka jembamba sana kwenye uso wa paneli linaloitwa mipako ya kuzuia uakisi. Neno hilo linaonekana la kiufundi, lakini ni rahisi kuelewa. Unapovaa miwani, baadhi ya lenzi huwa na uakisi hafifu wa bluu-zambarau au kijani (skrini ya simu unayoiangalia sasa inafanya vivyo hivyo). Filamu hiyo si mapambo. Inapunguza uakisi ili mwanga mwingi upite kwenye lenzi.

Vivyo hivyo kwa paneli. Silicon yenyewe ina uwezo mkubwa wa kuakisi. Ikiachwa bila kutibiwa, sehemu ya mwanga wa jua huruka moja kwa moja kutoka kwenye uso wa wafer. Kwa hivyo wahandisi huunda muundo kwenye wafer na kuweka mipako ya kuzuia uakisi ili mwanga mwingi uingie kwenye silicon. Wakati DOE inaelezea utengenezaji wa moduli za silicon ya fuwele, kuweka mipako ya kuzuia uakisi mbele ya seli imeorodheshwa kama mojawapo ya hatua za uzalishaji wa seli.

Picha ya mikroskopu ya kuchanganua ya uso wa wafer

Maelezo: Chini ya mikroskopu, uso wa wafer si uwanda laini bali uwanja mnene wa piramidi ndogo ndogo. Muundo huu hupunguza uakisi na kunasa mwanga mwingi zaidi ndani ya wafer.

Unaweza kufikiria mipako ya kuzuia mwanga kama lango laini. Ikiwa tofauti ya macho kati ya hewa na silicon ni ya ghafla sana, mwanga hurudi nyuma kwa urahisi. Ikiwa kuna tabaka la mpito katikati, mwanga huingia kwenye wafer kwa urahisi zaidi. Nyenzo ya silicon nyeusi ya NREL ina mstari unaolingana na mantiki hii: uakisi mdogo unamaanisha ufyonzaji mkubwa, ambayo inamaanisha ufanisi wa juu na nguvu zaidi. Uchoraji wa kawaida na tabaka za kuzuia mwanga tayari huruhusu seli kufyonza takriban 93%–97% ya mwanga wa jua, wakati mchakato wa silicon nyeusi huruhusu wafer kufyonza zaidi ya 98% ya mwanga unaoingia, ndiyo sababu inaonekana nyeusi. Hii inasema jambo moja wazi: kadiri paneli inataka kuwa na ufanisi zaidi, ndivyo inavyoweza kumudu kuakisi mwanga kidogo.

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

Faida za Kiufundi

Baadaye, paneli nyeusi zilizidi kuwa za kawaida

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

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

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

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

Kwa hivyo nyeusi si tu kuhusu kuonekana kwa hali ya juu. Nyuma yake kuna fuwele sare zaidi, utengenezaji ulioiva zaidi, uakisi mdogo, na njia bora ya kufyonza mwanga.

• Muundo wa fuwele sare zaidi na silicon ya monocrystalline

• Uakisi mdogo wa uso, mwanga mwingi zaidi unanaswa ndani

• Ufyonzaji wa juu, hadi zaidi ya 98% na silicon nyeusi

• Muonekano safi, mweusi kabisa unaopendelewa kwenye paa za kisasa

• Utengenezaji ulioiva, 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 jua ya silicon inayofanya kazi. Ufanisi wake ulikuwa takriban 6% tu. Kwa viwango vya leo 6% inaonekana ndogo, lakini wakati huo ilitosha kuzungusha toy ndogo, na ilitosha kuwafanya watu waamini kwa mara ya kwanza kwamba mwanga wa jua unaweza kufanya zaidi ya kukausha nguo na kupasha joto ngozi. Unaweza kugeuka moja kwa moja kuwa umeme. American Physical Society pia inarekodi historia hii: Bell Labs ilionyesha seli ya kwanza ya jua ya silicon inayofanya kazi tarehe 25 Aprili 1954, na seli za mwanzo za silicon zikiwa na ufanisi wa karibu 6%.

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

Maelezo: Seli za mwanzo za jua za silicon hazikuwa na ufanisi mkubwa, lakini zilifungua mlango kwa photovoltaics ya kisasa.

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, kwa hivyo seli za jua zikawa chanzo chake bora cha nishati. Baada ya hapo, wafers zilikatwa nyembamba zaidi, michakato ilikomaa, gharama zikapungua. Vipande hivyo vya bluu-nyeusi ambavyo hapo awali vilikuwa vya maabara na vyombo vya anga tu polepole vilienea katika jangwa, viwanda, shule, carports na paa za kawaida.

Rangi pia ilibadilika njiani. Kutoka poly silicon ya kawaida ya bluu ya siku za mwanzo hadi mono silicon nyeusi inayozidi kuwa ya kawaida sasa, inaweza kuonekana kama kivuli kirefu tu. Lakini nyuma yake mnyororo wote wa ugavi ulikuwa ukisonga mbele.

Mwangaza mdogo wa kurudisha. Unyonyaji zaidi. Ufanisi wa juu. Gharama ndogo. Inafaa zaidi kwa usambazaji mkubwa. Na rangi iliendelea kuwa nyeusi.

Moduli nyeusi kwenye paa la kisasa

Maelezo: Nyumba za kisasa zinazidi kutumia moduli nyeusi au nyeusi kabisa. Zinaonekana nadhifu zaidi na zinaonyesha ukomavu wa monocrystalline silicon na muundo wa mwangaza mdogo wa kurudisha.

Je, paneli zinaweza kuwa nyekundu, kijani au dhahabu?

Bila shaka zinaweza.

Building-integrated photovoltaics tayari ina moduli nyingi za rangi. Majengo ya mijini hayataki kila wakati ukuta wa kioo cheusi, kwa hivyo wahandisi hutumia mipako maalum, maumbo na ufungaji kubadilisha paneli kuwa kijivu, nyekundu ya matofali, kijani, hata karibu na sauti ya ukuta wa kawaida wa pazia.

Lakini bei ni ya moja kwa moja. Unaiona kama nyekundu kwa sababu inarudisha mwanga mwekundu kwako. Unaiona kama kijani kwa sababu inarudisha mwanga wa kijani. Na mwanga uliorudishwa hauingii kwenye seli kuzalisha nishati. Hiyo inamaanisha mapato yaliyopotea na ufanisi mdogo wa uzalishaji. PV ya rangi haiwezekani. Inahitaji tu mazungumzo mapya kati ya mwonekano na ufanisi.

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

Wasiliana na Ununue

Kwa hivyo angalia tena kile kipande cha bluu-nyeusi juu ya paa

Sio kwamba paneli za sola zinaonekana hivi kwa bahati. Ni matokeo yaliyochujwa na nyenzo za silicon, muundo wa kioo, filamu ya kuzuia mwanga, gharama ya utengenezaji na ufanisi wa kuzalisha umeme kwa pamoja.

Bluu sio mapambo. Nyeusi sio ladha.

Ni paneli inayokuambia kuwa haitaki kurudisha mwanga wa jua angani. Inataka kubakiza mwanga, kuamsha elektroni, na kubadilisha fotoni zisizoonekana kuwa mkondo unaoonekana. Jua linashuka kupitia mawingu na kutua kwenye bluu-nyeusi hiyo tulivu. Hakuna mshindo, hakuna bomba la moshi, hakuna mwali. Ni mwanga tu unaoingia kwenye silicon, elektroni zinaanza kusonga, mkondo unatiririka kando ya vidole vyembamba vya chuma kuelekea mahali mbali.

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

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

Maoni ya Ooitech

Mabadiliko kutoka poly ya bluu hadi mono nyeusi kabisa sio mwelekeo wa rangi tu, ni hadithi ya utengenezaji kuhusu kubana uakisi kuelekea sifuri. Kwa upande wa moduli tunaona hii kila siku: seli za mono zinazofanana, muundo mkali na uunganishaji safi ndio hufanya paneli nyeusi kabisa ionekane kali na bado ifanye kazi. Ikiwa unataka kuona jinsi moduli hizi nyeusi zinavyojengwa kwenye mstari halisi, kituo chetu cha YouTube kwenye www.youtube.com/ooitech kinaonyesha sakafu ya kiwanda kwa karibu, na inafaa kujisajili ikiwa utengenezaji wa sola ni kitu chako.