Актуални тенденции в соларната индустрия

Cоларните технологии са еволюирали в значителна степен от възникването си през 60-те години на 20 век. Докато в миналото фотоволтаиците се смятаха за нещо изключително иновативно, днешните технологични открития предопределят големия ръст в индустрията. Редица нови разработки в областта на PV технологията ще допринесат и за бъдещия успех на сектора.

Клетки от кристален силиций

Голяма част от съвременните фотоволтаични модули (85 до 90% от глобалния годишен пазар) са базирани на пластини от кристален силиций (c-Si). Очаква се тези PV модули да останат доминиращи поне до 2020 г., като прогнозите за тогава са за пазарен дял от около 50%. Това ще е в резултат на доказаната и надеждна технология, дългия експлоатационен живот и изобилието от първични суровини.

Основното предизвикателство за c-Si модулите ще е подобряването на ефективността и ресурсната ефикасност чрез намаляване на количествата използвани материали, усъвършенстване на концепциите за клетките и автоматизация на производството.

Производството на c-Si модули обикновено включва получаването на блокчета от силиций и нарязването им на пластини за изработването на соларни клетки, които после се свързват в стринговете, формиращи модула. За модулите се използват две форми на силиция - моно- (sc-Si) или поликристален (mc-Si).

Модулите от монокристален силиций имат по-висока ефективност на преобразуване от около 14 до 20%, като се очаква стойността да достигне 23% до 2020 г. и до 25% в дългосрочен план. Заради по-разместената атомна структура модулите от поликристален силиций са с по-ниска ефективност, но са и по-евтини. Очаква се тяхната ефективност да нарасне до 21% в дългосрочен план.

Непрекъснатата научноизследователска дейност в областта на sc-Si технологиите може да доведе до значително понижаване на цените и увеличаване на продажбите, като това са необходими фактори за повишаване на конкуренцията и ускоряване на навлизането на PV през следващото десетилетие.

Тънкослойни клетки

Тънкослойните соларни клетки се изработват чрез нанасяне на много тънки слоеве фоточувствителни материали с дебелина няколко микрометра върху подложки от материали като стъкло, неръждаема стомана или пластмаса.

За постигане на по-висока ефективност тънкослойните клетки от аморфен силиций и тези от микрокристален силиций се комбинират в хибридни клетки. В областта на II-VI полупроводниковите съединения са разработени и други тънкослойни технологии, използващи кадмиев телурид (CdTe) и мед-индий-галиев диселенид (CIGS).

Основните предимства на тънкослойните клетки са относително ниската потребност от първични суровини за производството им, високата ефективност и степен на автоматизация на процеса, лесното интегриране в сгради и подобреният им външен вид, добрите им работни характеристики при висока температура на околната среда и намалената чувствителност към прегряване. Сред недостатъците са по-ниската им ефективност и ограничените познания на индустрията по отношение на продължителността на експлоатационния им живот.

За широкото навлизане на тънкослойните технологии на пазара е необходима усилена научноизследователска дейност и натрупване на достатъчно опит в областта на промишленото им производство и дългосрочната надеждност. Най-обещаващи направления са подобряването на структурата и субстратите на устройствата, разработване на технологии за нанасяне на филма върху големи площи, междусистемно свързване и др.

Повишаване ефектив-ността на панелите

През последните няколко години компаниите от соларната индустрия се надпреварват в опитите да се подобри ефективността на соларните панели. През изминалата 2016 г. няколко постижения на различни производители доведоха до настоящия рекорд от 23,5% ефективност. Също така при масово предлаганите на пазара в момента соларни панели е необходимо и подобрение и по отношение на цената за ват - параметър, по който се сравнява относителната достъпност на панелите.

Благодарение на швейцарски и американски учени, през последните две години бяха направени големи открития при перовскитните соларни клетки. С тях могат да бъдат създадени соларни панели с над 20% ефективност, които едновременно с това могат да са и най-евтиният вариант на пазара.

Проучванията, разбира се, не се ограничават само до това. През май м. г. учени от Масачузетския технологичен институт (MIT) обявиха нова технология, която може да удвои ефективността на соларните клетки. Екипът е разработил нов метод, който позволява улавянето и оползотворяването на отпадната топлина, която се излъчва от панелите. Тази обикновено отделяна и загубена топлинна енергия представлява възможност за усъвършенстване на соларната технология, което може да доведе и до допълнително понижаване на разходите за производство на възобновяема енергия.

Проследяващи устройства

Със силното популяризиране на соларните технологии все повече собственици обмислят внедряването им в домакинствата, дори тези, които не разполагат с идеални за целта покриви. Заради този ръст наземните фотоволтаични инсталации се превръщат в лесно осъществим вариант за получаване на чиста енергия и то отчасти благодарение на проследяващата технология.

Проследяващите устройства позволяват на соларните панели да генерират максимално количество електроенергия чрез следенето на Слънцето при движението му по небето. Проследяващите PV системи променят ъгъла на наклон на масива по такъв начин, че да пасва оптимално на позицията на слънцето. Въпреки че технологията съществува от доста време, производителите от соларната индустрия започнаха да се възползват от нея в доста по-голяма степен през 2016 г.

Според наскоро публикуван доклад на агенцията за пазарни проучвания GTM Research през м. г. се е наблюдавала силна възходяща тенденция в популярността на проследяващите системи. Прогнозата на GTM за тази година е ръст на пазара от 254%, а до 2021 г. се очаква половината от наземните соларни масиви да са с интегрирана проследяваща технология.

Соларно термално гориво (STF)

Несъмнено най-големият недостатък на соларната технология като източник на енергия е съхранението. Въпреки невероятния ръст в PV индустрията през последното десетилетие, за да се превърнат фотоволтаиците в наистина устойчив източник на енергия 24 часа в денонощието, е необходимо разработването на достъпно решение за съхранение. Соларните батерии са вариант, но те все още не са много изгодни от икономическа гледна точка за повечето потребители.

Учени от MIT работят усилено по разработването на алтернативни решения за съхранение, като най-доброто засега са соларните термални горива (STF). Технологията и процесът зад STF са сравними с конвенционалните батерии. STF могат да улавят слънчевата светлинна енергия, да я съхраняват като заряд и да я отделят при необходимост. Проблемът със съхранението на соларна енергия под формата на топлина е, че с времето тя винаги се разсейва.

Затова от ключово значение е технологията за съхранение да осигурява заряд, а не да улавя топлина. Последният STF прототип на учените е просто подобрение на предходна концепция за съхранение на енергията под формата на течност. През 2016 г. екипът разработи и STF в твърдо състояние, което позволява интегрирането му в прозорци, предни стъкла и покриви на автомобили и други повърхности, изложени на слънчева светлина.

Нови приложения на соларните технологии

Когато стане дума за фотоволтаични системи, повечето хора си представят монтирани на покрива инсталации или наземни съоръжения за промишлени цели. Учените обаче проучват няколко неконвенционални приложения за соларните технологии, които имат потенциал да променят изцяло индустрията.

Соларни пътища. През последната година доста се работи по начините за полагане на настилки от фотоволтаични панели по магистрали и пътища, които да генерират огромни количества енергия за електроснабдителната мрежа. По този начин ще може да се елиминира рискът от това соларните инсталации от индустриален мащаб да заемат прекалено големи площи. Соларни пътища вече има в Холандия, Франция и САЩ.

Плаващи соларни системи. Плаващите системи предоставят възможност на страни с ограничена площ да се възползват от соларната енергия, както и да се оползотворят неизползвани площи като повърхността на язовири например. Плаващите инсталации обикновено са и с по-висока ефективност поради факта, че модулите се охлаждат от изпаряващата се под тях вода. Резултатите от проучване показват, че плаващите фотоволтаични масиви са с 11% по-ефективни от наземните системи.

Свързаните помежду си соларни панели се поставят върху плаващи понтони, като на определено разстояние между тях се оставят пътечки, по които да се осигури достъп за екипите по техническа поддръжка. Инверторите обикновено се разполагат на сушата, но свързващите проводници трябва да са изработени от материали, позволяващи прекарването им под вода.

За плаващите инсталации са необходими и закотвящи системи, при които трябва да се остави определен толеранс, в случай че има опасност от замръзване на водната повърхност. Плаващите масиви трябва да са устойчиви и на малки вълни и относително силни ветрове. Въпреки че соларните панели все още не могат да се разполагат в открития океан заради увреждащото въздействие на солта и високите вълни, непрекъснатите технологични открития в областта може да позволят и това в бъдеще.

Плаващи соларни централи вече има в няколко държави, сред които Великобритания, Япония, Китай, Франция, Индонезия и Сингапур. Търсене за подобни системи има и на други места, например острови и региони, разполагащи с големи водни площи.

Космическа соларна енергия. Учените се връщат към технология, тествана за пръв път преди 40-50 години, при която базирани в космоса сателити улавят слънчевата светлина и я преобразуват в микровълнова енергия, която се излъчва към земната повърхност.

Този вид технология обещава улавянето на значително по-голямо количество соларна енергия (почти 90%), тъй като сателитите могат да бъдат разположени оптимално спрямо позицията на слънцето. В момента Индия, Китай и Япония правят мащабни инвестиции в проучванията по това направление.

Носими соларни устройства. Въпреки че носимите соларни устройства не са нищо ново (захранвани със слънчева енергия часовници и друга електроника са на пазара от няколко десетилетия), една от иновациите през 2016 г. бе соларен текстил - миниатюрни соларни панели, които могат да бъдат пришити към някаква материя или дрехи.

Докато носимите соларни продукти от миналото бяха изработени от твърда пластмаса, тази нова концепция позволява фотоволтаиците да навлязат и в продукти за бита като завеси за прозорци или да се използват за затопляне на автомобилни седалки например.

Соларно пречистване на вода. През 2016 г. бе разработено и ново соларно устройство, което може да пречиства вода, когато е изложено на слънчева светлина. Миниатюрната пластина с размер на половин пощенска марка не е първото соларно устройство за филтриране на вода, но ефективността му в сравнение с предшествениците му е много по-висока.

Предишните устройства трябваше да улавят ултравиолетови лъчи и изискваха часове експозиция на слънце, за да се постигне цялостно пречистване на водата. За разлика от тях, новият продукт може да използва видимата светлина и осигурява пречистена питейна вода само за няколко минути.