Kwa Nini Paneli za Jua Mara Nyingi Ni za Bluu au Nyeusi?

Utangulizi wa Bidhaa

Fikiria siku ya wazi.

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

Wengi wao ni bluu. Au nyeusi.

Na hapa swali la kawaida sana linakuja. Ikiwa paneli za jua zipo kukamata mwanga wa jua, kwa nini zinaonekana giza? Silika yetu inasema nyeupe ni angavu zaidi, fedha ni ing'aa zaidi, dhahabu inaonekana kama jua. Lakini paneli zinazotengeneza umeme zinaonekana kama mabamba ya kioo cha bluu-nyeusi.

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

Hii si kweli kuhusu urembo. Ni mazungumzo ya uhandisi ya miongo mingi kati ya wanadamu na mwanga wa jua.

Bluu polycrystalline silicon dhidi ya nyeusi monocrystalline silicon

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 katika jua la kiangazi kunahisi joto zaidi. Kuvaa nyeupe kunahisi baridi. Nguo nyeupe huakisi mwanga mwingi. Nguo nyeusi hufyonza 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 mwanga wa jua unapogonga paneli na kurudi angani, hauwahi kuwa umeme. Mwanga tu unaoingia ndani ya silikoni una nafasi ya kuamsha elektroni na kuunda mkondo. Idara ya Nishati ya Marekani inasema wazi pia: safu ya silikoni hufyonza mwanga, elektroni huchangamka, na zinaposonga huunda mkondo.

Kwa hiyo 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 ninabakiza kadri niwezavyo."

Vigezo vya Kiufundi

Kwa nini paneli nyingi za zamani ni bluu?

Hii inarudi kwenye aina ya kawaida sana ya paneli kutoka zamani: silicon ya polycrystalline.

Silicon ya polycrystalline si kioo kimoja kikamilifu. Ni chembe nyingi ndogo zilizounganishwa pamoja. Fikiria uso wa ziwa lililoganda, uliojaa mifumo ya barafu iliyopasuka. Kila chembe inaelekeza upande tofauti kidogo. Mwanga wa jua unaoipiga huakisiwa tofauti kidogo kila mahali. Ndiyo maana paneli za poly mara nyingi huonekana bluu au bluu iliyokoza, na uso wenye muundo wa chuma wenye nyufa, kama barafu iliyopasuka.

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

Lakini bluu haitoki tu kwenye fuwele. Kuna safu nyembamba sana juu ya uso wa paneli inayoitwa mipako ya kupunguza uakisi. Neno hilo linasikika kiufundi, lakini ni rahisi kuelewa. Unapovaa miwani, baadhi ya lenzi hubeba uakisi hafifu wa bluu-zambarau au kijani (skrini ya simu unayoiangalia sasa inafanya vivyo hivyo). Filamu hiyo si mapambo. Inapunguza uakisi ili mwanga zaidi upite kwenye lenzi.

Vivyo hivyo kwa paneli. Silicon yenyewe ina uakisi mkubwa. Ikiwa haijatibiwa, sehemu ya mwanga wa jua hurudi nyuma moja kwa moja kutoka kwenye uso wa wafa. Kwa hiyo wahandisi hutengeneza muundo kwenye wafa na kuweka mipako ya kupunguza uakisi ili mwanga zaidi uingie kwenye silicon. Wakati DOE inapoelezea utengenezaji wa moduli za silicon ya fuwele, kuweka mipako ya kupunguza uakisi mbele ya seli kunaorodheshwa kama mojawapo ya hatua za uzalishaji wa seli.

Picha ya darubini ya elektroni ya uso wa wafa

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

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

Bluu ni mwanga mdogo uliobaki kutoka kwa silicon ya awali ya poly 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 inafanana zaidi na kizuizi kimoja chenye mwelekeo mmoja na muundo nadhifu. Haina muundo wa kupasuka wa silicon ya poly, kwa hivyo uso wake unaonekana sawa zaidi, wa kina zaidi, na karibu na nyeusi.

Ikiwa silicon ya poly ni kama karatasi ya barafu ya bluu iliyopasuka, 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 zaidi kama glasi nyeusi iliyowekwa vizuri. Data ya DOE inabainisha kuwa ifikapo 2022, silicon ya monocrystalline ilikuwa tayari imechangia 96% ya usafirishaji wa moduli za jua duniani, ikawa nyenzo ya kawaida zaidi ya kunyonya katika moduli za sasa, na moduli zinazozalishwa viwandani kwa kawaida hufikia ufanisi wa kweli wa karibu 20%–22%.

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

• Muundo wa fuwele wenye usawa zaidi na silicon ya monocrystalline

• Mwanga mdogo wa uso unaoakisiwa, mwanga zaidi ulionaswa ndani

• Kunyonya zaidi, hadi zaidi ya 98% na silicon nyeusi

• Muonekano safi, mweusi kabisa unaopendekezwa 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 silicon ya jua iliyotumika. Ufanisi wake ulikuwa takriban 6% tu. Kwa viwango vya leo 6% inaonekana kuwa ndogo, 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 silicon ya jua iliyotumika mnamo Aprili 25, 1954, na seli za awali za silicon zilikuwa na ufanisi wa karibu 6%.

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

Maelezo: Seli za awali za silicon 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 zilipelekwa angani. Satelaiti haiwezi kubeba makaa na haiwezi kubadilisha betri kila siku, kwa hiyo seli za jua zikawa chanzo bora cha nishati. Baada ya hapo, wafers zilikatwa nyembamba, michakato ikakomaa, gharama zikapungua. Vipande hivyo vya bluu-nyeusi ambavyo hapo awali vilikuwa vya maabara na vyombo vya anga tu, vilienea polepole kwenye jangwa, viwanda, shule, maegesho ya magari na paa za kawaida.

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

Kutafakari kidogo. Kunyonya zaidi. Ufanisi wa juu. Gharama ya chini. Inafaa zaidi kwa matumizi makubwa. Na rangi iliendelea kuwa nyeusi.

Moduli nyeusi kwenye paa la kisasa

Maelezo: Nyumba za kisasa zinazidi kutumia moduli nyeusi au nyeusi kabisa. Zinaonekana nadhifu na zinaonyesha ukomavu wa silicon ya monocrystalline na muundo wa kutafakari kidogo.

Je, paneli zinaweza kuwa nyekundu, kijani au dhahabu?

Bila shaka zinaweza.

Photovoltaics iliyojumuishwa na majengo tayari ina moduli nyingi za rangi. Majengo ya jiji si kila wakati yanataka ukuta wa glasi nyeusi, kwa hiyo wahandisi hutumia mipako maalum, textures na encapsulation kugeuza paneli kuwa kijivu, nyekundu ya matofali, kijani, hata karibu na tone la ukuta wa kawaida wa curtain wall.

Lakini bei ni ya moja kwa moja. Unaiona kuwa nyekundu kwa sababu inaakisi mwanga mwekundu kwako. Unaiona kuwa kijani kwa sababu inaakisi mwanga wa kijani kwako. Na mwanga unaoakisiwa hauingii kwenye seli kutengeneza nishati. Hiyo inamaanisha mapato yaliyopotea na ufanisi wa chini wa uzalishaji. PV ya rangi haiwezekani? Inahitaji tu mazungumzo mapya kati ya muonekano na ufanisi.

Rangi ya kupendeza zaidi haifanyi paneli kuwa bora. Muundo wa uhandisi uliokomaa mara nyingi hauachi kwenye chaguo la kuvutia zaidi, bali kwenye lile linaloaminika zaidi, lenye ufanisi zaidi na lenye gharama nafuu zaidi kwa muda mrefu.

Wasiliana na Ununuzi

Kwa hiyo angalia tena kipande hicho cha bluu-nyeusi juu ya paa

Si kwamba paneli za jua zinajitokeza tu hivyo. Ni matokeo yaliyochujwa na nyenzo ya silikoni, muundo wa fuwele, filamu ya kuzuia kuakisi, gharama ya utengenezaji na ufanisi wa kuzalisha kwa pamoja.

Bluu si mapambo. Nyeusi si ladha.

Ni paneli inakuambia kwamba haitaki kurudisha mwanga wa jua angani. Inataka kuweka mwanga, kuamsha elektroni, na kugeuza fotoni zisizoonekana kuwa mkondo unaoonekana. Jua linashuka kupitia mawingu na kutua kwenye hiyo bluu-nyeusi tulivu. Hakuna ngurumo, hakuna bomba la moshi, hakuna moto. Mwanga tu unaingia kwenye silikoni, elektroni zinaanza kusonga, mkondo unapita kwenye vidole vya chuma nyembamba kuelekea mahali mbali.

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

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

Maoni ya Ooitech

Mabadiliko kutoka poly bluu hadi mono nyeusi yote si mtindo wa rangi tu, ni hadithi ya utengenezaji kuhusu kupunguza uakisi hadi karibu sifuri. Kwenye upande wa moduli tunaiona kila siku: seli za mono zinazofanana, muundo wa uso ulioimarishwa na lamination safi ndivyo vinavyofanya paneli nyeusi yote ionekane nadhifu na bado ifanye kazi. Ikiwa unataka kuona jinsi moduli hizi nyeusi zinavyojengwa kwenye mstari halisi, chaneli yetu ya YouTube kwenye www.youtube.com/ooitech inaonyesha sakafu ya kiwanda kwa karibu, na inafaa kusajiliwa ikiwa utengenezaji wa nishati ya jua ni kitu chako.