Fotoelektrisko elektrostaciju tehnoloģiskajā kartē dažādas valstis un uzņēmumi ir izveidojuši atšķirīgus tehnoloģiskos ceļus, pamatojoties uz to resursu piešķīrumiem un rūpnieciskajām priekšrocībām. Sākot ar dominējošo kristālisko silīcija tehnoloģiju tirgū, līdz diferencētai konkurencei, kurā piedalās plānas filmas fotoelementi, un līdz jaunāko tehnoloģiju vismodernākajai izpētei, šī gadu desmitiem ilgi “ceļa kauja” ir ne tikai virzīts uz nepārtrauktu atklāšanu fotoelektriskajā efektivitātē, bet arī veidoja enerģijas līmeni un unikālu, kas atšķiras ar fotovolta rūpniecību.
1 Kristāla silīcija tehnoloģija: globālā fotoelementu absolūtais vispārizglītojošais
Kristāliskais silīcija fotoelements ar tā briedumu un rentabilitāti aizņem vairāk nekā 90% no pasaules tirgus daļas fotoelektriskajās elektrostacijās un tiek tālāk sadalīti divās galvenajās zarās: monokristāliskajā silīcija un polikristāliskajā silīcijā. Ķīna ir monokristāliskā silīcija tehnoloģijas līdere, kas ir uzlabojusi monokristālisko silīcija šūnu efektivitāti līdz 26,1% un samazinātas izmaksas līdz zem 0,15 ASV dolāriem uz vatu, izmantojot tādus tehnoloģiskus jauninājumus kā dimanta stiepļu griešana un perc (pasivēta izstarojuma un aizmugurējā šūna). 1,2GW monokristāliskā silīcija fotoelektriskā spēkstacija Changji, Xinjiang, izmanto 182 mm liela izmēra moduļus, kuru izmaksas ir tikai 0,18 juaņas uz kilovatu stundu, kas ir par 12% zemāks nekā tradicionālajiem moduļiem un ir kļuvis par etalonu globālai pieejamai tīkla piekļuvei.
Polikristāliskā silīcija tehnoloģija saglabā zināmu daļu Eiropas un Amerikas tirgos, un tā priekšrocības ir vienkārša materiāla sagatavošana un lieliska izturība pret radiāciju. Lai arī First Solar polikristāliskā silīcija moduļa efektivitāte ir nedaudz zemāka (19-20%), tie darbojas stabili augstas temperatūras un augsta starojuma tuksneša spēkstacijās. 550MW polikristāliskajam silīcija spēkstacijai Arizonā ir jaudas vājināšanās ātrums par 3 procentpunktiem zemāks nekā monokristāliskais silīcijs ar 45 grādiem. Korejas uzņēmumi ir palielinājuši materiālu tīrību līdz 99,999%, izmantojot polikristālisko silīcija tehnoloģijas liešanu, kā rezultātā polikristāliska silīcija šūnu efektivitāte pārsniedz 22%, kas ir ieguvusi labvēlību izplatītajām fotoelektriskajām elektrostacijām Vācijā.
Kristāliskā silīcija tehnoloģijas nākotne slēpjas N veida bateriju izrāvienā. Ķīnas TopCon (tuneļa oksīda pasivācijas kontakta) šūnas, Japānas HJT (heterojunkcijas) šūnas un Eiropas IBC (Cross Finger Back) šūnas cenšas panākt efektivitāti, kas pārsniedz 27%. 100MW TopCon spēka stacija Hefei, Anhui ir palielinājusi enerģijas ražošanu par 8%, salīdzinot ar tradicionālajām PERC spēkstacijām; HJT demonstrācijas spēkstacija Hokaido, Japānā, saglabā 95% izejas efektivitāti pat zemā temperatūrā -20 grādu temperatūrā, nodrošinot jaunu risinājumu fotoelektriskajiem pielietojumiem augsta platuma reģionos.
2 Tievās filmas fotoelementi: traucētāji diferencētos scenārijos
Lai arī plānas filmas fotoelementu tirgus daļa ir mazāka par 10%, tā ir neaizvietojama tādās jomās kā BIPV (ēkas integrēta fotoelemta) un elastīgi scenāriji, veidojot ekosistēmu, kas papildina kristālisko silīcija tehnoloģiju. Kadmija telurīda (CDTE) plānas plēves ir plānas filmas fotoelementu galvenā. Pirmās Solar CDTE moduļi Amerikas Savienotajās Valstīs efektivitāte ir 22,1%, un ražošanas izmaksas ir tikai USD 0,12 par vatu, nodrošinot izmaksu priekšrocības liela mēroga zemes elektrostacijās. Katherine fotoelektriskā spēkstacija Austrālijā, izmantojot 4,2GW CDTE moduļus, ir lielākā plānas filmas fotoelektriskās spēkstacija dienvidu puslodē. Tā vājā gaismas reakcijas veiktspēja ir par 15% augstāka nekā kristāliskajiem silīcija moduļiem, padarot to īpaši piemērotu mākoņainiem laikapstākļiem Austrālijas ziemeļos.
Vara indija gallija selenīda (CIG) plānas plēves ir pazīstamas ar to elastīgumu. CIGS elastīgais Meyer Burger sastāvdaļa Vācijā ar biezumu tikai 0,3 mm var būt saliekta 5 cm rādiusa lokā, un to plaši izmanto mobilajos scenārijos, piemēram, RV un teltīs. Arktikas pētījumu stacija Norvēģijā aptver pētījumu kuģa augšdaļu ar CIGS plēvi, lai nodrošinātu aprīkojuma enerģiju polārajā dienā, un tā aukstā pretestība ir pārbaudīta, pārbaudot -60 grādu. Ķīnas Hanerģijas grupa pieliek pūles ēku aizkaru sienu jomā. Skyskapera BIPV projekts Šanhajā izmanto krāsainas cigs plānas plēves komponentus, kas ne tikai atbilst arhitektūras estētiskajām vajadzībām, bet arī sasniedz ikgadējo enerģijas ražošanu 120000 kWh.
Perovskite plānas filmas ir visvairāk gaidītākais topošais spēks. Perovskite modulis, ko izstrādājusi Oksfordas universitāte Lielbritānijā, ir 31,3%efektivitāte, un izejvielu izmaksas ir tikai 1/20 no kristāliskā silīcija. Neom Future City Saūda Arābijā plāno veidot pasaulē pirmo GW līmeņa perovskite saules enerģijas staciju, izmantojot bagātīgus vietējās gaismas resursus un apvienojot perovskite augstas temperatūras stabilitāti, lai samazinātu mērķa elektrības izmaksas līdz 0,01 ASV dolāru par Kilovatstundu. Tomēr joprojām ir jāuzlabo perovskīta izturība. Āra testi Šveicē ir parādījuši, ka Perovskite komponentu pašreizējais dzīves ilgums ultravioletā gaismā ir apmēram 2000 stundas, kas ir tikai 1/5 no kristāliskā silīcija. Uzņēmumi visā pasaulē uzlabo savu stabilitāti, izmantojot iepakojuma tehnoloģiju.
3 Jaunās tehnoloģijas: Fotoelektriskās nākotnes pārrobežu izpēte
Fotovoltu integrācija ar citām tehnoloģijām ir radījusi iedomātākus pielietojuma scenārijus. Fotoelektriskās un saules termiskās hibrīda sistēma ir apstiprināta Andasola spēkstacijā Spānijā. Tas ražo elektrību, izmantojot koncentrētu fotoelektrisko (CPV), un apkurei izmanto atkritumu siltumu, panākot visaptverošu enerģijas izmantošanas efektivitāti 80%, kas ir par 50% augstāka nekā tīras fotoelektriskās strāvas stacijas. SDE Boker Solar Energy Research Center Izraēlā ir izveidojusi fotoelektrisko+jūras ūdens atsāļošanas sistēmu, kas var radīt 1,5 litrus saldūdens uz kilovatstundu elektrības stundā, kurai ir stratēģiska vērtība Tuvo Austrumu tuksneša reģionā.
Kosmosa fotoelements ir galvenais tehnoloģiskais sapnis. NASA programma "Saules enerģijas satelīts" mēģina izvietot fotoelektriskās elektrostacijas Zemes orbītā, caur mikroviļņiem pārraidīt elektrību atpakaļ uz zemi ar efektivitāti, kas neietekmē dienu, nakti un laika apstākļus. Japānas Jaxa ir pabeigusi 10 kW kosmosa fotoelektriskā prototipa testēšanu un līdz 2030. gadam plāno veidot megavatu līmeņa demonstrācijas sistēmu. Ķīnas "Tiangong" kosmosa stacija ir aprīkota arī ar elastīgu fotoelektriskajiem moduļiem, ar enerģijas ražošanas efektivitāti 30%, uzkrājot tehnisko pieredzi kosmosa fotovoltainā.
Globālās fotoelektriskās tehnoloģijas "daudzveidīgā līdzāspastāvēšana" būtībā atspoguļo dažādu scenāriju vajadzības. Kristāliskā silīcija tehnoloģija meklē līdzsvaru starp efektivitāti un izmaksām, plānas filmu tehnoloģija pēta robežas īpašos scenārijos, un jaunās tehnoloģijas norāda uz nākotnes iespējām. Šī tehnoloģiju konkurence bez "galīgās atbildes" ir fotoelektrisko elektrostaciju pārveidošana no vienas enerģijas ražošanas ierīces uz enerģijas infrastruktūru, kas dziļi integrēta ēkās, transportēšanā un telpā, paātrinot globālās enerģijas pārveidošanas tempu.