Jak możemy uzyskać jeszcze więcej energii od Słońca

Panel słoneczny na dachu Walmart, Mountain View, Kalifornia. Walmart / Flickr, CC BYPanel słoneczny na dachu Walmart, Mountain View, Kalifornia.
Walmart / Flickr, CC BY

Globalne zapotrzebowanie na energię rośnie z każdą godziną, gdy kraje rozwijające się zmierzają w kierunku industrializacji. Eksperci szacują, że do roku 2050 światowe zapotrzebowanie na energię elektryczną może osiągnąć Terawaty 30 (TW). Z perspektywy czasu jeden terawat jest mniej więcej równy mocy miliarda 1.3 koni.

Energia słoneczna jest nieograniczona - słońce zapewnia nam 120,000 TW mocy w dowolnym momencie - i jest za darmo. Ale dziś zapewnia energia słoneczna tylko około jeden procent światowej energii elektrycznej. Najważniejszym wyzwaniem jest obniżenie kosztów konwersji foto-energii w użyteczną energię elektryczną.

Aby to zrobić, musimy znaleźć materiały, które pochłaniają światło słoneczne i skutecznie przekształcają je w energię elektryczną. Ponadto chcemy, aby te materiały były obfite, przyjazne dla środowiska i opłacalne w produkcji w urządzenia słoneczne.

Naukowcy z całego świata pracują nad opracowaniem technologii ogniw słonecznych, które będą wydajne i niedrogie. Celem jest obniżenie kosztów instalacji energii słonecznej poniżej 1 USD na wat, w porównaniu do około 3 $ na wat dzisiaj.

Na Uniwersytecie Binghamton Centrum Autonomicznej Energii Słonecznej (CASP), badamy sposoby wytwarzania cienkowarstwowych ogniw słonecznych przy użyciu materiałów obfitych w naturę i nietoksycznych. Chcemy opracować ogniwa słoneczne, które będą niezawodne, wysoce wydajne w przetwarzaniu światła słonecznego na energię elektryczną i niedrogie w produkcji. Zidentyfikowaliśmy dwa materiały, które mają wielki potencjał jako absorbery słoneczne: piryt, lepiej znany jako złoto głupców ze względu na metaliczny połysk; oraz siarczek miedziowo-cynkowo-cynowy (CZTS).

Poszukuję idealnego materiału

Dzisiejsze komercyjne ogniwa słoneczne wykonane są z jednego z trzech materiałów: krzemu, telluru kadmu (CdTe) i selenku miedziowo-indowo-galowego (CIGS). Każdy ma mocne i słabe strony.

Krzemowe ogniwa słoneczne są bardzo wydajne, przekształcając do 25 procent światła słonecznego, które na nie pada, w energię elektryczną i są bardzo trwałe. Jednak przetwarzanie krzemu w wafle jest bardzo drogie. Te płytki muszą być bardzo grube (około milimetrów 0.3, które są grube dla ogniw słonecznych), aby pochłonąć całe padające na nie światło słoneczne, co dodatkowo zwiększa koszty.

Krzemowe ogniwa słoneczne - często określane jako ogniwa słoneczne pierwszej generacji - są stosowane w panelach, które stały się znane na dachach. Nasze centrum bada inny rodzaj ogniw słonecznych cienkowarstwowych, które są technologią słoneczną nowej generacji. Jak sugeruje ich nazwa, cienkowarstwowe ogniwa słoneczne są wytwarzane przez nałożenie cienkiej warstwy materiału pochłaniającego energię słoneczną na podłoże, takie jak szkło lub plastik, które zazwyczaj mogą być elastyczne.

Te ogniwa słoneczne zużywają mniej materiału, więc są tańsze niż krystaliczne ogniwa słoneczne wykonane z krzemu. Nie jest możliwe powlekanie krzemu krystalicznego na elastycznym podłożu, dlatego potrzebujemy innego materiału do zastosowania jako pochłaniacza słońca.

Chociaż technologia cienkowarstwowych ogniw słonecznych szybko się poprawia, niektóre materiały we współczesnych cienkowarstwowych ogniwach słonecznych są rzadkie lub niebezpieczne. Na przykład kadm w CdTe jest wysoce toksyczny dla wszystkich żywych istot i wiadomo, że powoduje raka u ludzi. CdTe może rozdzielić się na kadm i tellur w wysokich temperaturach (na przykład w laboratorium lub w domu), co stwarza poważne ryzyko wdychania.

Współpracujemy z pirytem i CZTS, ponieważ są nietoksyczne i bardzo tanie. CZTS kosztuje około centów 0.005 za wat, a koszty pirytu zaledwie 0.000002 centów za wat. Są również jednymi z najbardziej obfitych materiałów w skorupie ziemskiej i skutecznie pochłaniają widzialne spektrum światła słonecznego. Filmy te mogą być tak cienkie jak 1 / 1000th milimetra.

Testowanie ogniw słonecznych CZTS w symulowanym świetle słonecznym. Tara Dhakal / Binghamton University, autor pod warunkiem Testowanie ogniw słonecznych CZTS w symulowanym świetle słonecznym.
Tara Dhakal / Binghamton University, autor pod warunkiem
Musimy skrystalizować te materiały, zanim będziemy mogli wytworzyć je w ogniwa słoneczne. Odbywa się to poprzez ich ogrzewanie. CZTS krystalizuje w temperaturach poniżej 600 stopni Celsjusza, w porównaniu do 1,200 stopni Celsjusza lub wyższych dla krzemu, co czyni go tańszym w obróbce. Działa podobnie jak wysokosprawne ogniwa słoneczne z selenku galu i indu galu (CIGS), które są obecnie dostępne w handlu, ale zastępuje ind i gal w tych ogniwach tańszym i bogatszym cynkiem i cyną.

Jednak jak dotąd ogniwa słoneczne CZTS są stosunkowo nieefektywne: przetwarzają mniej niż Wzrost o 13 światła słonecznego, które pada na nie, w porównaniu do procentu 20 dla droższych ogniw słonecznych CIGS.

Wiemy, że ogniwa słoneczne CZTS mogą być procentowo wydajne w 30. Główne wyzwania to 1) synteza wysokiej jakości cienkiej folii CZTS bez żadnych śladów zanieczyszczeń oraz 2) znalezienie odpowiedniego materiału na warstwę „buforową” pod nią, która pomaga zbierać ładunki elektryczne wytwarzane przez światło słoneczne w warstwie absorbera. Nasze laboratorium wyprodukowało cienki film CZTS siedem procent wydajności; mamy nadzieję wkrótce zbliżyć się do wydajności procentowej 15 poprzez syntezę wysokiej jakości warstw CZTS i znalezienie odpowiednich warstw buforowych.

Struktura ogniwa słonecznego CZTS. Tara Dhakal / Binghamton University, autor pod warunkiemStruktura ogniwa słonecznego CZTS.
Tara Dhakal / Binghamton Univ., Autor pod warunkiem
Piryt jest kolejnym potencjalnym pochłaniaczem, który można syntetyzować w bardzo niskich temperaturach. Nasze laboratorium zsyntetyzowało cienkie błony pirytu, a teraz pracujemy nad ich warstwą w ogniwa słoneczne. Proces ten jest trudny, ponieważ piryt łatwo się rozkłada, gdy jest wystawiony na działanie ciepła i wilgoci. Badamy sposoby, aby uczynić go bardziej stabilnym bez wpływu na jego chłonność słoneczną i właściwości mechaniczne. Jeśli uda nam się rozwiązać ten problem, „złoto głupca” może zmienić się w inteligentne urządzenie fotowoltaiczne.

W ostatnich badaniach naukowcy z Uniwersytetu Stanforda i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley oszacowali, że energia słoneczna może zapewnić do 45 procent amerykańskiej energii elektrycznej przez 2050. Aby osiągnąć ten cel, musimy nadal obniżać koszty energii słonecznej i znajdować sposoby, aby ogniwa słoneczne były bardziej zrównoważone. Wierzymy, że obfite, nietoksyczne materiały są kluczem do wykorzystania potencjału energii słonecznej.

O autorze

dhakal taraTara P. Dhakal, adiunkt elektrotechniki i informatyki, Binghamton University, State University of New York. Jego zainteresowania badawcze dotyczą energii odnawialnej, w szczególności energii słonecznej. Jego celem badawczym jest osiągnięcie technologii ogniw słonecznych, która będzie przyjazna dla środowiska i ekonomicznie dostępna.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

Rynek wewnętrzny

Amazonka

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

śledź InnerSelf na

facebook iconikona twittericon youtubeikona instagramikona kuflaikona rss

 Otrzymuj najnowsze wiadomości e-mail

Tygodnik Codzienna inspiracja

NAJNOWSZE FILMY

Rozpoczęła się wielka migracja klimatyczna
Rozpoczęła się wielka migracja klimatyczna
by Super Użytkownik
Kryzys klimatyczny zmusza tysiące ludzi na całym świecie do ucieczki, ponieważ ich domy stają się coraz bardziej niezdatne do zamieszkania.
Ostatnia epoka lodowcowa mówi nam, dlaczego musimy dbać o zmianę temperatury o 2 ℃
Ostatnia epoka lodowcowa mówi nam, dlaczego musimy dbać o zmianę temperatury o 2 ℃
by Alan N Williams i in
W najnowszym raporcie Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) stwierdzono, że bez znaczącego spadku…
Ziemia nadawała się do zamieszkania przez miliardy lat - dokładnie, jakie szczęście nam się poszczęściło?
Ziemia nadawała się do zamieszkania przez miliardy lat - dokładnie, jakie szczęście nam się poszczęściło?
by Toby Tyrrell
Stworzenie Homo sapiens zajęło ewolucji 3-4 miliardy lat. Gdyby klimat zawiódł tylko raz w tym…
Jak tworzenie map pogody sprzed 12,000 XNUMX lat może pomóc przewidzieć przyszłe zmiany klimatu
Jak tworzenie map pogody sprzed 12,000 XNUMX lat może pomóc przewidzieć przyszłe zmiany klimatu
by Brice Rea , , , , , , , , , ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,
Koniec ostatniej epoki lodowcowej, około 12,000 XNUMX lat temu, charakteryzował się końcową fazą zimna zwaną młodszymi dryasami.…
Morze Kaspijskie spadnie w tym stuleciu o 9 metrów lub więcej
Morze Kaspijskie spadnie w tym stuleciu o 9 metrów lub więcej
by Frank Wesselingh i Matteo Lattuada
Wyobraź sobie, że jesteś na wybrzeżu i spoglądasz na morze. Przed tobą 100 metrów jałowego piasku, który wygląda jak…
Wenus była kiedyś bardziej podobna do Ziemi, ale zmiany klimatu sprawiły, że nie nadawała się do zamieszkania
Wenus była kiedyś bardziej podobna do Ziemi, ale zmiany klimatu sprawiły, że nie nadawała się do zamieszkania
by Richard Ernst
O zmianach klimatu możemy się wiele nauczyć od Wenus, naszej siostrzanej planety. Wenus ma obecnie temperaturę powierzchni…
Pięć niewiary klimatycznych: przyspieszony kurs dezinformacji klimatycznej
Pięć niewiary klimatycznych: szybki kurs dezinformacji klimatycznej
by John Cook
Ten film to przyspieszony kurs dezinformacji klimatycznej, podsumowujący kluczowe argumenty użyte do poddania w wątpliwość rzeczywistości…
Arktyka nie była tak ciepła od 3 milionów lat, co oznacza duże zmiany dla planety
Arktyka nie była tak ciepła od 3 milionów lat, co oznacza duże zmiany dla planety
by Julie Brigham-Grette i Steve Petsch
Każdego roku pokrywa lodu morskiego w Oceanie Arktycznym kurczy się do najniższego poziomu w połowie września. W tym roku mierzy zaledwie 1.44…

NAJNOWSZE ARTYKUŁY

zielona energia2 3
Cztery możliwości zielonego wodoru dla Środkowego Zachodu
by Chrześcijański Tae
Aby zapobiec kryzysowi klimatycznemu, Środkowy Zachód, podobnie jak reszta kraju, będzie musiał całkowicie zdekarbonizować swoją gospodarkę do…
ug83qrfw
Główna bariera w odpowiedzi na zapotrzebowanie musi się skończyć
by John Moore, Na Ziemi
Jeśli federalne organy regulacyjne postąpią właściwie, odbiorcy energii elektrycznej na Środkowym Zachodzie mogą wkrótce zacząć zarabiać, podczas gdy…
drzewa do sadzenia dla klimatu2
Posadź te drzewa, aby poprawić życie w mieście
by Mike Williams-Rice
Nowe badanie ustala, że ​​żywe dęby i amerykańskie jawory są mistrzami wśród 17 „superdrzew”, które pomogą uczynić miasta…
dno morza północnego
Dlaczego musimy zrozumieć geologię dna morskiego, aby wykorzystać wiatry?
by Natasha Barlow, profesor nadzwyczajny czwartorzędowej zmiany środowiska, Uniwersytet w Leeds
Dla każdego kraju obdarzonego łatwym dostępem do płytkiego i wietrznego Morza Północnego, morski wiatr będzie kluczem do spełnienia sieci…
3 lekcje pożarów dla miast leśnych, gdy Dixie Fire niszczy historyczne Greenville w Kalifornii
3 lekcje pożarów dla miast leśnych, gdy Dixie Fire niszczy historyczne Greenville w Kalifornii
by Bart Johnson, profesor architektury krajobrazu, University of Oregon
Pożar płonący w gorącym, suchym górskim lesie przetoczył się przez miasto Gold Rush w Greenville w Kalifornii, 4 sierpnia…
Chiny mogą osiągnąć cele energetyczne i klimatyczne, ograniczając energetykę węglową
Chiny mogą osiągnąć cele energetyczne i klimatyczne, ograniczając energetykę węglową
by Alvin Lin
Na kwietniowym Szczycie Klimatycznym przywódców Xi Jinping obiecał, że Chiny będą „ściśle kontrolować energetykę węglową…
Niebieska woda otoczona martwą białą trawą
Mapa śledzi 30 lat ekstremalnego topnienia śniegu w USA
by Mikayla Mace-Arizona
Nowa mapa ekstremalnych zjawisk topnienia śniegu w ciągu ostatnich 30 lat wyjaśnia procesy, które prowadzą do szybkiego topnienia.
Samolot zrzuca czerwony środek ogniochronny na pożar lasu, gdy strażacy zaparkowani wzdłuż drogi patrzą w pomarańczowe niebo
Model przewiduje 10-letni wybuch pożaru, a następnie stopniowy spadek
by Hannah Hickey-U. Waszyngton
Spojrzenie na długoterminową przyszłość pożarów przewiduje początkowy, mniej więcej dekadowy wybuch aktywności pożarów…

 Otrzymuj najnowsze wiadomości e-mail

Tygodnik Codzienna inspiracja

Nowe postawy - nowe możliwości

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.pl | Rynek wewnętrzny
Copyright © 1985 - Publikacje wewnętrzne 2021. Wszelkie prawa zastrzeżone.