الطاقة الكهروضوئية

📅 آخر تحديث: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 45 صور
الموسوعة الحرة

المستوطنة الشمسية ، مشروع مجتمع سكني مستدام في فرايبورغ ، ألمانيا
محطة شحن في فرنسا توفر الطاقة للسيارات الكهربائية باستخدام الطاقة الشمسية
الألواح الشمسية على محطة الفضاء الدولية

الطاقة الكهروضوئية ( PV ) هي تحويل الضوء إلى كهرباء باستخدام مواد شبه موصلة تظهر التأثير الكهروضوئي ، وهي ظاهرة تُدرس في الفيزياء والكيمياء الضوئية والكيمياء الكهربائية . تُستخدم الطاقة الكهروضوئية تجاريًا لتوليد الكهرباء وكأجهزة استشعار ضوئية .

يستخدم النظام الكهروضوئي وحدات شمسية ، كل منها يتألف من عدد من الخلايا الشمسية ، التي تولد الطاقة الكهربائية. يمكن تركيب أنظمة الطاقة الكهروضوئية على الأرض، أو على أسطح المنازل، أو على الجدران، أو عائمة. يمكن تثبيت الحامل أو استخدام جهاز تعقب شمسي لمتابعة الشمس عبر السماء.

تساعد تقنية الطاقة الكهروضوئية في التخفيف من تغير المناخ لأنها تنبعث منها كميات أقل بكثير من ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالوقود الأحفوري . تتمتع الطاقة الشمسية الكهروضوئية بمزايا محددة كمصدر للطاقة: بمجرد تركيبها، لا يولد تشغيلها أي تلوث أو أي انبعاثات للغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي ؛ فهي تظهر قابلية التوسع فيما يتعلق باحتياجات الطاقة والسيليكون متوفر بشكل كبير في قشرة الأرض، على الرغم من أن المواد الأخرى المطلوبة في تصنيع أنظمة الطاقة الكهروضوئية مثل الفضة قد تقيد المزيد من النمو في التكنولوجيا. تشمل القيود الرئيسية الأخرى التي تم تحديدها المنافسة على استخدام الأراضي. [1] يتطلب استخدام الطاقة الكهروضوئية كمصدر رئيسي أنظمة تخزين الطاقة أو التوزيع العالمي بواسطة خطوط الطاقة ذات التيار المستمر عالية الجهد مما يتسبب في تكاليف إضافية، كما أن لها عددًا من العيوب الأخرى المحددة مثل توليد الطاقة المتغيرة التي يجب موازنتها. يتسبب الإنتاج والتركيب في بعض التلوث وانبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي ، على الرغم من أن ذلك يشكل جزءًا ضئيلًا فقط من الانبعاثات الناجمة عن الوقود الأحفوري . [2]

لقد تم استخدام الأنظمة الكهروضوئية منذ فترة طويلة في التطبيقات المتخصصة كمنشآت مستقلة وأنظمة الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة كانت قيد الاستخدام منذ التسعينيات. [3] تم إنتاج الوحدات الكهروضوئية بكميات كبيرة لأول مرة في عام 2000، عندما مولت الحكومة الألمانية برنامجًا لبناء مائة ألف سقف. [4] سمح انخفاض التكاليف للطاقة الكهروضوئية بالنمو كمصدر للطاقة. وقد كان هذا مدفوعًا جزئيًا بالاستثمار الضخم للحكومة الصينية في تطوير القدرة الإنتاجية للطاقة الشمسية منذ عام 2000، وتحقيق وفورات الحجم . كما أدت التحسينات في تكنولوجيا التصنيع والكفاءة إلى انخفاض التكاليف. [5] [6] دعمت القياس الصافي والحوافز المالية، مثل التعريفات التفضيلية للتغذية للكهرباء المولدة من الطاقة الشمسية، تركيبات الطاقة الشمسية الكهروضوئية في العديد من البلدان. ​​[7] انخفضت أسعار الألواح بعامل 4 بين عامي 2004 و 2011. وانخفضت أسعار الوحدات بنحو 90٪ خلال العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.

في عام 2022، زادت سعة الطاقة الكهروضوئية المركبة في جميع أنحاء العالم إلى أكثر من 1 تيراواط (TW) لتغطي ما يقرب من 2٪ من الطلب العالمي على الكهرباء . [8] بعد الطاقة الكهرومائية وطاقة الرياح ، تعد الطاقة الكهروضوئية ثالث مصدر للطاقة المتجددة من حيث القدرة العالمية. في عام 2022، توقعت وكالة الطاقة الدولية نموًا يزيد عن 1 تيراواط من عام 2022 إلى عام 2027. [9] في بعض الحالات، قدمت الطاقة الكهروضوئية أرخص مصدر للطاقة الكهربائية في المناطق ذات الإمكانات الشمسية العالية، مع عرض سعر منخفض يصل إلى 0.015 دولار أمريكي / كيلوواط ساعة في قطر في عام 2023. [10] في عام 2023، ذكرت وكالة الطاقة الدولية في توقعاتها للطاقة العالمية أن "المشاريع ذات التمويل منخفض التكلفة والتي تستفيد من موارد عالية الجودة، أصبحت الطاقة الشمسية الكهروضوئية الآن أرخص مصدر للكهرباء في التاريخ. [11]

علم أصول الكلمات

مصطلح "الطاقة الكهروضوئية" يأتي من الكلمة اليونانية φῶς ( phōs ) والتي تعني "الضوء"، ومن "فولت"، وحدة القوة الدافعة الكهربائية، الفولت ، والتي تأتي بدورها من لقب الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا ، مخترع البطارية ( الخلية الكهروكيميائية ). تم استخدام مصطلح "الطاقة الكهروضوئية" في اللغة الإنجليزية منذ عام 1849. [12]

تاريخ

في عام 1989، بدأت وزارة البحث العلمي الألمانية أول برنامج على الإطلاق لتمويل أسطح الخلايا الكهروضوئية (2200 سقف). وهو البرنامج الذي قاده والتر ساندتنر في بون، ألمانيا. [13]

في عام 1994، سارت اليابان على خطاهم ونفذت برنامجًا مشابهًا مع تركيب 539 نظامًا للطاقة الشمسية الكهروضوئية السكنية. [14] ومنذ ذلك الحين، استمرت العديد من البلدان في إنتاج وتمويل أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بسرعة هائلة.

الخلايا الشمسية

تنتج الخلايا الشمسية الكهرباء مباشرة من ضوء الشمس .
خريطة إمكانات الطاقة الكهروضوئية
تقديرات خريطة إمكانات الطاقة الكهروضوئية، لعدد كيلووات/ساعة من الكهرباء التي يمكن إنتاجها من وحدات مستقلة من السليكون بقدرة 1 كيلووات ذروة، مائلة بشكل مثالي نحو خط الاستواء. يتم حساب المتوسط ​​الطويل الأجل الناتج بناءً على بيانات الطقس لمدة 10 سنوات على الأقل.

تُعرف الطاقة الكهروضوئية بأنها طريقة لتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام الخلايا الشمسية لتحويل الطاقة من الشمس إلى تدفق من الإلكترونات من خلال التأثير الكهروضوئي . [15] [16]

تنتج الخلايا الشمسية تيارًا كهربائيًا مباشرًا من ضوء الشمس يمكن استخدامه لتشغيل المعدات أو إعادة شحن البطاريات . كان أول تطبيق عملي للطاقة الكهروضوئية هو تشغيل الأقمار الصناعية المدارية والمركبات الفضائية الأخرى ، ولكن اليوم تُستخدم غالبية الوحدات الكهروضوئية في الأنظمة المتصلة بالشبكة لتوليد الطاقة. في هذه الحالة، يلزم وجود عاكس لتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد . هناك أيضًا سوق أصغر للأنظمة المستقلة للمساكن النائية والقوارب والمركبات الترفيهية والسيارات الكهربائية وهواتف الطوارئ على جانب الطريق والاستشعار عن بعد والحماية الكاثودية لخطوط الأنابيب .

يستخدم توليد الطاقة الكهروضوئية وحدات شمسية مكونة من عدد من الخلايا الشمسية التي تحتوي على مادة شبه موصلة. [17] تربط الكابلات الشمسية النحاسية الوحدات (كابل الوحدة) والمصفوفات (كابل المصفوفة) والحقول الفرعية. وبسبب الطلب المتزايد على مصادر الطاقة المتجددة ، تقدم تصنيع الخلايا الشمسية والمصفوفات الكهروضوئية بشكل كبير في السنوات الأخيرة. [18] [19] [20]

تتطلب الخلايا الحماية من البيئة وعادة ما يتم تعبئتها بإحكام في وحدات الطاقة الشمسية.

يتم قياس طاقة الوحدة الكهروضوئية في ظل ظروف الاختبار القياسية (STC) بوحدة "W p " ( الذروة بالواط ). [21] قد يكون الناتج الفعلي للطاقة في مكان معين أقل من أو أكبر من هذه القيمة المقدرة، اعتمادًا على الموقع الجغرافي والوقت من اليوم وظروف الطقس وعوامل أخرى. [22] تكون عوامل سعة مجموعة الألواح الشمسية الكهروضوئية عادةً أقل من 25٪ عندما لا تكون مقترنة بالتخزين، وهو أقل من العديد من المصادر الصناعية الأخرى للكهرباء. [23]

كفاءة الخلايا الشمسية

الجدول الزمني للأبحاث حول كفاءة تحويل الطاقة في الخلايا الشمسية منذ عام 1976 ( المختبر الوطني للطاقة المتجددة )

كفاءة الخلايا الشمسية هي جزء الطاقة في شكل ضوء الشمس الذي يمكن تحويله عبر الخلايا الكهروضوئية إلى كهرباء بواسطة الخلية الشمسية .

تحدد كفاءة الخلايا الشمسية المستخدمة في نظام الطاقة الكهروضوئية ، بالاشتراك مع خطوط العرض والمناخ، الناتج السنوي للطاقة للنظام. على سبيل المثال، ستنتج لوحة شمسية بكفاءة 20٪ ومساحة 1 م 2 200 كيلو وات في الساعة / سنة في ظروف الاختبار القياسية إذا تعرضت لقيمة الإشعاع الشمسي في ظروف الاختبار القياسية 1000 وات / م 2 لمدة 2.74 ساعة في اليوم. عادة ما تتعرض الألواح الشمسية لأشعة الشمس لفترة أطول من ذلك في يوم معين، ولكن الإشعاع الشمسي أقل من 1000 وات / م 2 لمعظم اليوم. يمكن أن تنتج اللوحة الشمسية المزيد عندما تكون الشمس عالية في سماء الأرض وستنتج أقل في الظروف الغائمة أو عندما تكون الشمس منخفضة في السماء؛ عادة ما تكون الشمس منخفضة في السماء في الشتاء.

هناك عاملان يعتمدان على الموقع يؤثران على إنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية وهما تشتت وكثافة الإشعاع الشمسي. يمكن أن يختلف هذان المتغيران بشكل كبير بين كل بلد. [24] المناطق العالمية التي لديها مستويات إشعاع عالية على مدار العام هي الشرق الأوسط وشمال تشيلي وأستراليا والصين وجنوب غرب الولايات المتحدة الأمريكية. [24] [25] في منطقة شمسية عالية الغلة مثل وسط كولورادو، والتي تتلقى أشعة الشمس السنوية 2000 كيلووات ساعة / م 2 / سنة، [26] يمكن توقع أن تنتج اللوحة 400  كيلووات ساعة من الطاقة سنويًا. ومع ذلك، في ميشيغان، التي تتلقى فقط 1400 كيلووات ساعة / م 2 / سنة، [26] سينخفض ​​​​العائد السنوي للطاقة إلى 280 كيلووات ساعة لنفس اللوحة. عند خطوط العرض الأوروبية الأكثر شمالية، تكون العائدات أقل بكثير: 175 كيلووات ساعة من العائد السنوي للطاقة في جنوب إنجلترا في نفس الظروف. [27]

مخطط تجميع الشحنات بواسطة الخلايا الشمسية. ينتقل الضوء عبر قطب موصل شفاف مكونًا أزواجًا من فجوات الإلكترونات ، والتي يتم جمعها بواسطة القطبين. تعتمد كفاءة الامتصاص والتجميع للخلية الشمسية على تصميم الموصلات الشفافة وسمك الطبقة النشطة. [28]

تؤثر العديد من العوامل على كفاءة تحويل الخلية، بما في ذلك قيم انعكاسها وكفاءتها الديناميكية الحرارية وكفاءة فصل حاملات الشحنة وكفاءة جمع حاملات الشحنة وكفاءة التوصيل . [29] [28] نظرًا لأنه قد يكون من الصعب قياس هذه المعلمات بشكل مباشر، يتم قياس معلمات أخرى بدلاً من ذلك، بما في ذلك كفاءة الكم ونسبة جهد الدائرة المفتوحة (VOC ) وعامل الملء. يتم حساب خسائر الانعكاس من خلال قيمة كفاءة الكم، لأنها تؤثر على "كفاءة الكم الخارجية". يتم حساب خسائر إعادة التركيب من خلال كفاءة الكم ونسبة VOC وقيم عامل الملء. يتم حساب الخسائر المقاومة بشكل أساسي من خلال قيمة عامل الملء، ولكنها تساهم أيضًا في قيم كفاءة الكم ونسبة VOC .

اعتبارًا من عام 2024، بلغ الرقم القياسي العالمي لكفاءة الخلايا الشمسية 47.6٪، والذي تم تسجيله في مايو 2022 بواسطة Fraunhofer ISE، بخلية كهروضوئية مركزة ذات أربعة وصلات III-V (CPV). [30] وقد حطم هذا الرقم القياسي السابق البالغ 47.1٪، والذي تم تسجيله في عام 2019 بواسطة خلايا شمسية مركزة متعددة الوصلات تم تطويرها في مختبر الطاقة المتجددة الوطني (NREL) ، جولدن، كولورادو، الولايات المتحدة الأمريكية، [31] والذي تم تسجيله في ظروف المختبر، تحت ضوء شديد التركيز. يحمل مختبر الطاقة المتجددة الوطني الرقم القياسي في الظروف الواقعية، حيث طور خلايا ثلاثية الوصلات بكفاءة تم اختبارها بنسبة 39.5٪. [32] [33]

الأداء والتدهور

يوضح هذا الرسم البياني تأثير السحب على إنتاج الطاقة الشمسية.

يتم تصنيف أداء الوحدة بشكل عام في ظل ظروف الاختبار القياسية (STC): إشعاع 1000 وات / م 2 ، طيف شمسي AM 1.5 ودرجة حرارة الوحدة عند 25 درجة مئوية. [34] يتغير الجهد والتيار الفعليان للوحدة مع تغير ظروف الإضاءة ودرجة الحرارة والحمل، لذلك لا يوجد جهد محدد تعمل به الوحدة. يختلف الأداء حسب الموقع الجغرافي والوقت من اليوم ويوم السنة وكمية الإشعاع الشمسي واتجاه وميل الوحدات والغطاء السحابي والتظليل والأوساخ وحالة الشحن ودرجة الحرارة. يمكن قياس أداء الوحدة أو اللوحة على فترات زمنية مختلفة باستخدام مقياس التيار المستمر أو التحويلة وتسجيله أو رسمه بيانيًا أو رسمه بيانيًا باستخدام مسجل الرسم البياني أو مسجل البيانات.

للحصول على الأداء الأمثل، يجب أن تكون اللوحة الشمسية مصنوعة من وحدات متشابهة موجهة في نفس الاتجاه عموديًا على ضوء الشمس المباشر. تُستخدم الثنائيات الالتفافية للالتفاف حول الألواح المكسورة أو المظللة وتحسين الناتج. عادةً ما يتم وضع هذه الثنائيات الالتفافية على طول مجموعات من الخلايا الشمسية لإنشاء تدفق مستمر. [35]

تتضمن الخصائص الكهربائية القدرة الاسمية (P MAX ، مقاسة بوحدة W )، وجهد الدائرة المفتوحة (V OC )، وتيار الدائرة القصيرة (I SC ، مقاسة بوحدة أمبير )، وأقصى جهد للطاقة (V MPP )، وأقصى تيار للطاقة (I MPP )، والقدرة القصوى ( وات الذروة ، W p )، وكفاءة الوحدة (%).

جهد الدائرة المفتوحة أو VOC هو أقصى جهد يمكن أن تنتجه الوحدة عند عدم توصيلها بدائرة كهربائية أو نظام. [36] يمكن قياس VOC باستخدام الفولتميتر مباشرة على أطراف الوحدة المضيئة أو على كابلها المنفصل.

تصنيف القدرة القصوى، وات p ، هو الحد الأقصى للإخراج في ظل ظروف الاختبار القياسية (وليس الحد الأقصى للإخراج الممكن). سيتم تصنيف الوحدات النمطية، التي يمكن أن يبلغ قياسها تقريبًا 1 × 2 متر (3 قدم × 7 قدم)، من 75 وات إلى 600 وات، اعتمادًا على كفاءتها. في وقت الاختبار، يتم تصنيف وحدات الاختبار وفقًا لنتائج اختبارها، وقد يقوم المصنع النموذجي بتقييم وحداته بزيادات قدرها 5 وات، ويقيمها إما عند +/- 3٪، أو +/- 5٪، أو +3/-0٪، أو +5/-0٪. [37] [38] [39]

تأثير درجة الحرارة

يعتمد أداء الوحدة الكهروضوئية (PV) على الظروف البيئية، وخاصة على الإشعاع الساقط العالمي G في مستوى الوحدة. ومع ذلك، تؤثر درجة حرارة الوصلة p-n T أيضًا على المعلمات الكهربائية الرئيسية: تيار الدائرة القصيرة ISC، وجهد الدائرة المفتوحة VOC والحد الأقصى للطاقة Pmax. بشكل عام، من المعروف أن VOC يظهر ارتباطًا عكسيًا كبيرًا مع T، بينما بالنسبة لـ ISC يكون هذا الارتباط مباشرًا، ولكنه أضعف، بحيث لا تعوض هذه الزيادة عن الانخفاض في VOC. ونتيجة لذلك، ينخفض ​​Pmax عندما تزيد T. يعتمد هذا الارتباط بين خرج الطاقة للخلية الشمسية ودرجة حرارة عمل وصلاتها على مادة أشباه الموصلات، ويرجع إلى تأثير T على تركيز وعمر وحركة الناقلات الجوهرية، أي الإلكترونات والفجوات. داخل الخلية الكهروضوئية.

عادة ما يتم وصف حساسية درجة الحرارة من خلال معاملات درجة الحرارة، حيث يعبر كل منها عن مشتق المعلمة التي تشير إليها فيما يتعلق بدرجة حرارة الوصلة. قيم هذه المعلمات، والتي يمكن العثور عليها في أي ورقة بيانات لوحدة الطاقة الكهروضوئية، هي التالية:

  • β: معامل تغير المركبات العضوية المتطايرة بالنسبة إلى T، والذي يُعطى بواسطة ∂VOC/∂T.
  • α: معامل تغير ISC بالنسبة إلى T، المعطى بواسطة ∂ISC/∂T.
  • δ: معامل تغير Pmax بالنسبة إلى T، المعطى بواسطة ∂Pmax/∂T.

يمكن العثور على تقنيات لتقدير هذه المعاملات من البيانات التجريبية في الأدبيات. [40]

التدهور

تختلف قدرة الوحدات الشمسية على تحمل التلف الناتج عن المطر والبرد والثلوج الكثيفة ودورات الحرارة والبرودة باختلاف الشركة المصنعة، على الرغم من أن معظم الألواح الشمسية في السوق الأمريكية مدرجة في قائمة UL، مما يعني أنها خضعت للاختبار لتحمل البرد. [41]

التدهور الناتج عن الجهد (يُسمى أيضًا PID) هو تدهور في الأداء ناتج عن الجهد في وحدات الطاقة الكهروضوئية البلورية، ويحدث بسبب ما يسمى بالتيارات الضالة. [42] قد يتسبب هذا التأثير في فقدان الطاقة بنسبة تصل إلى 30%. [43]

إن التحدي الأكبر الذي تواجهه تكنولوجيا الطاقة الكهروضوئية هو سعر الشراء لكل واط من الكهرباء المنتجة. لقد أدت التطورات في تكنولوجيا الطاقة الكهروضوئية إلى ظهور عملية "تخصيب" ركيزة السيليكون لخفض طاقة التنشيط وبالتالي جعل اللوحة أكثر كفاءة في تحويل الفوتونات إلى إلكترونات قابلة للاسترجاع. [44]

يتم تطبيق مواد كيميائية مثل البورون (النوع-p) في بلورة أشباه الموصلات من أجل إنشاء مستويات طاقة مانحة ومستقبلة أقرب إلى نطاقات التكافؤ والموصل. [45] وبذلك، فإن إضافة شوائب البورون تسمح لطاقة التنشيط بالانخفاض عشرين ضعفًا من 1.12 إلكترون فولت إلى 0.05 إلكترون فولت. نظرًا لأن فرق الجهد (E B ) منخفض جدًا، فإن البورون قادر على التأين حرارياً في درجات حرارة الغرفة. وهذا يسمح بوجود حاملات طاقة مجانية في نطاقات التوصيل والتكافؤ مما يسمح بتحويل أكبر للفوتونات إلى إلكترونات.

تنخفض الطاقة الناتجة عن جهاز الطاقة الكهروضوئية بمرور الوقت. ويرجع هذا الانخفاض إلى تعرضه للإشعاع الشمسي بالإضافة إلى الظروف الخارجية الأخرى. ويُعَد مؤشر التدهور، الذي يُعرَّف بأنه النسبة المئوية السنوية لفقدان الطاقة الناتجة، عاملاً رئيسيًا في تحديد الإنتاج الطويل الأجل لمحطة الطاقة الكهروضوئية. ولتقدير هذا التدهور، يجب حساب النسبة المئوية للانخفاض المرتبط بكل من المعلمات الكهربائية. ويمكن أن يؤثر التدهور الفردي لوحدة الطاقة الكهروضوئية بشكل كبير على أداء السلسلة الكاملة. وعلاوة على ذلك، لا ينخفض ​​أداء جميع الوحدات في نفس التركيب بنفس المعدل تمامًا. ونظراً لمجموعة من الوحدات المعرضة لظروف خارجية طويلة الأمد، فيجب مراعاة التدهور الفردي للمعلمات الكهربائية الرئيسية وزيادة تشتتها. ونظرًا لأن كل وحدة تميل إلى التدهور بشكل مختلف، فإن سلوك الوحدات سيكون مختلفًا بشكل متزايد بمرور الوقت، مما يؤثر سلبًا على الأداء العام للمحطة.

هناك العديد من الدراسات التي تتناول تحليل تدهور الطاقة للوحدات بناءً على تقنيات الطاقة الكهروضوئية المختلفة المتاحة في الأدبيات. وفقًا لدراسة حديثة، [46] فإن تدهور وحدات السيليكون البلورية منتظم للغاية، ويتذبذب بين 0.8٪ و 1.0٪ سنويًا.

من ناحية أخرى، إذا قمنا بتحليل أداء وحدات الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة، نلاحظ فترة أولية من التدهور القوي (والتي يمكن أن تستمر لعدة أشهر وحتى عامين)، تليها مرحلة لاحقة يستقر فيها التدهور، وتكون قابلة للمقارنة مع السليكون البلوري. [47] كما نلاحظ اختلافات موسمية قوية في مثل هذه التقنيات ذات الأغشية الرقيقة لأن تأثير الطيف الشمسي أكبر بكثير. على سبيل المثال، بالنسبة لوحدات السليكون غير المتبلور أو السليكون الميكرومورفي أو تيلورايد الكادميوم، فإننا نتحدث عن معدلات تدهور سنوية للسنوات الأولى تتراوح بين 3٪ و 4٪. [48] ومع ذلك، تظهر تقنيات أخرى، مثل CIGS، معدلات تدهور أقل بكثير، حتى في تلك السنوات المبكرة.

تصنيع أنظمة الطاقة الكهروضوئية

بشكل عام، عملية تصنيع الخلايا الكهروضوئية الشمسية بسيطة لأنها لا تتطلب تجميع العديد من الأجزاء المعقدة أو المتحركة. نظرًا للطبيعة الصلبة لأنظمة الطاقة الكهروضوئية، فإنها غالبًا ما تتمتع بعمر افتراضي طويل نسبيًا، في أي مكان من 10 إلى 30 عامًا. لزيادة الناتج الكهربائي لنظام الطاقة الكهروضوئية، يجب على الشركة المصنعة ببساطة إضافة المزيد من المكونات الكهروضوئية. وبسبب هذا، فإن اقتصاديات الحجم مهمة للشركات المصنعة حيث تنخفض التكاليف مع زيادة الإنتاج. [49]

في حين أن هناك العديد من أنواع أنظمة الطاقة الكهروضوئية المعروفة بفعاليتها، فإن الطاقة الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون البلوري شكلت حوالي 90% من الإنتاج العالمي للطاقة الكهروضوئية في عام 2013. تصنيع أنظمة الطاقة الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون له عدة خطوات. أولاً، تتم معالجة البولي سيليكون من الكوارتز المستخرج من المناجم حتى يصبح نقيًا جدًا (درجة شبه موصلة). يتم صهره عند إضافة كميات صغيرة من البورون ، وهو عنصر من المجموعة الثالثة، لصنع أشباه موصلات من النوع p غنية بالثقوب الإلكترونية. عادةً ما يتم استخدام بلورة بذرة، حيث يتم زراعة سبيكة من هذا المحلول من السائل متعدد البلورات. يمكن أيضًا صب السبيكة في قالب. يتم قطع رقائق هذه المادة شبه الموصلة من المادة السائبة بمنشارات سلكية، ثم تمر عبر النقش السطحي قبل تنظيفها. بعد ذلك، توضع الرقائق في فرن ترسيب بخار الفوسفور الذي يضع طبقة رقيقة جدًا من الفوسفور، وهو عنصر من المجموعة الخامسة، مما يخلق سطحًا شبه موصل من النوع n. لتقليل خسائر الطاقة، تتم إضافة طلاء مضاد للانعكاس إلى السطح، جنبًا إلى جنب مع جهات الاتصال الكهربائية. بعد الانتهاء من الخلية، يتم توصيل الخلايا عبر الدائرة الكهربائية وفقًا للتطبيق المحدد وإعدادها للشحن والتركيب. [50]

التكاليف البيئية للتصنيع

الطاقة الشمسية الكهروضوئية ليست "طاقة نظيفة" تمامًا: ينتج الإنتاج انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، والمواد المستخدمة في بناء الخلايا غير مستدامة وقد تنفد في النهاية، وتستخدم التكنولوجيا مواد سامة تسبب التلوث، ولا توجد تقنيات قابلة للتطبيق لإعادة تدوير النفايات الشمسية. [51] تتأثر البيانات المطلوبة للتحقيق في تأثيرها أحيانًا بكمية كبيرة إلى حد ما من عدم اليقين. على سبيل المثال، لا يتم تقييم قيم العمالة البشرية واستهلاك المياه بدقة بسبب نقص التحليلات المنهجية والدقيقة في الأدبيات العلمية. [1] تتمثل إحدى الصعوبات في تحديد التأثيرات الناجمة عن الطاقة الكهروضوئية في تحديد ما إذا كانت النفايات يتم إطلاقها في الهواء أو الماء أو التربة أثناء مرحلة التصنيع. [52] تقييمات دورة الحياة ، والتي تنظر في جميع التأثيرات البيئية المختلفة التي تتراوح من إمكانية الاحتباس الحراري والتلوث ونضوب المياه وغيرها، غير متوفرة للطاقة الكهروضوئية. بدلاً من ذلك، حاولت الدراسات تقدير التأثير والتأثير المحتمل لأنواع مختلفة من الطاقة الشمسية الكهروضوئية، ولكن هذه التقديرات تقتصر عادةً على تقييم تكاليف الطاقة اللازمة للتصنيع و/أو النقل ، لأن هذه تقنيات جديدة والتأثير البيئي الإجمالي لمكوناتها وطرق التخلص منها غير معروفة، حتى بالنسبة للخلايا الشمسية من الجيل الأول المتاحة تجاريًا ، ناهيك عن النماذج الأولية التجريبية التي ليس لها جدوى تجارية. [53]

وبالتالي، ركزت تقديرات التأثير البيئي للطاقة الكهروضوئية على مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل كيلووات ساعة أو وقت استرداد الطاقة (EPBT). يصف EPBT الفترة الزمنية التي يحتاجها نظام الطاقة الكهروضوئية للعمل من أجل توليد نفس كمية الطاقة التي تم استخدامها في تصنيعه. [54] تتضمن دراسة أخرى تكاليف طاقة النقل في EPBT. [55] كما تم تعريف EPBT بشكل مختلف تمامًا على أنه "الوقت اللازم للتعويض عن إجمالي الطاقة الأولية المتجددة وغير المتجددة المطلوبة خلال دورة حياة نظام الطاقة الكهروضوئية" في دراسة أخرى، والتي تضمنت أيضًا تكاليف التثبيت. [56] يُشار أيضًا إلى استهلاك الطاقة هذا، المعطى بالسنوات، باسم وقت استرداد الطاقة المتعادل . [57] كلما انخفض EPBT، انخفضت التكلفة البيئية للطاقة الشمسية . يعتمد EPBT بشكل كبير على الموقع الذي تم فيه تثبيت نظام الطاقة الكهروضوئية (على سبيل المثال كمية ضوء الشمس المتاحة وكفاءة الشبكة الكهربائية) [55] وعلى نوع النظام، أي مكونات النظام. [54]

أشارت مراجعة أجريت عام 2015 لتقديرات EPBT للجيل الأول والثاني من الخلايا الكهروضوئية إلى وجود تباين أكبر في الطاقة المضمنة مقارنة بكفاءة الخلايا مما يعني أن الطاقة المضمنة هي التي تحتاج إلى التخفيض بشكل أساسي لتحقيق انخفاض أكبر في EPBT. [58]

بشكل عام، فإن أهم مكون في الألواح الشمسية، والذي يمثل جزءًا كبيرًا من استخدام الطاقة وانبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي، هو تنقية البولي سيليكون. [54] أما بالنسبة للنسبة المئوية من EPBT، فإن هذا السيليكون يعتمد على نوع النظام. يتطلب النظام المكتفي ذاتيًا بالكامل مكونات إضافية ("توازن النظام"، ومحولات الطاقة ، والتخزين، وما إلى ذلك) مما يزيد بشكل كبير من تكلفة الطاقة في التصنيع، ولكن في نظام بسيط على السطح، فإن حوالي 90٪ من تكلفة الطاقة تأتي من السيليكون، مع بقية الطاقة تأتي من المحولات وإطار الوحدة. [54]

في تحليل أجراه Alsema et al . في عام 1998، كان وقت استرداد الطاقة أعلى من 10 سنوات للنظام السابق في عام 1997، بينما بالنسبة لنظام السطح القياسي، تم حساب وقت استرداد الطاقة بين 3.5 و8 سنوات. [54] [59]

ترتبط EPBT ارتباطًا وثيقًا بمفاهيم صافي مكسب الطاقة (NEG) والطاقة المستردة على الطاقة المستثمرة (EROI). يتم استخدام كلاهما في اقتصاديات الطاقة ويشيران إلى الفرق بين الطاقة المنفقة لحصاد مصدر طاقة وكمية الطاقة المكتسبة من هذا الحصاد. يأخذ NEG وEROI أيضًا في الاعتبار العمر التشغيلي لنظام الطاقة الكهروضوئية وعادةً ما يُفترض عمر تشغيل يتراوح من 25 إلى 30 عامًا. من هذه المقاييس، يمكن استخلاص وقت استرداد الطاقة عن طريق الحساب. [60] [61]

تحسينات EPBT

تتمتع أنظمة الطاقة الكهروضوئية التي تستخدم السليكون البلوري، وهي الأغلبية العظمى من الأنظمة المستخدمة عمليًا، بمثل هذا المعامل المرتفع لارتفاع تكلفة الطاقة بسبب إنتاج السليكون عن طريق تقليل رمل الكوارتز عالي الجودة في الأفران الكهربائية . تحدث عملية الصهر التي تعمل بالكوك في درجات حرارة عالية تزيد عن 1000 درجة مئوية وتستهلك طاقة كبيرة، حيث تستخدم حوالي 11 كيلو وات في الساعة (كيلو وات في الساعة) لكل كيلوغرام من السليكون المنتج. [62] تجعل متطلبات الطاقة لهذه العملية تكلفة الطاقة لكل وحدة من السليكون المنتج غير مرنة نسبيًا، مما يعني أن عملية الإنتاج نفسها لن تصبح أكثر كفاءة في المستقبل.

ومع ذلك، فقد تم تقصير وقت استرداد الطاقة بشكل كبير على مدار السنوات الأخيرة، حيث أصبحت خلايا السيليكون البلورية أكثر كفاءة في تحويل ضوء الشمس، في حين تم تقليل سمك مادة الرقاقة باستمرار وبالتالي تتطلب كمية أقل من السيليكون لتصنيعها. خلال السنوات العشر الماضية، انخفضت كمية السيليكون المستخدمة في الخلايا الشمسية من 16 إلى 6 جرام لكل واط ذروة . في نفس الفترة، تم تقليل سمك رقاقة السيليكون البلورية من 300 ميكرومتر، أو ميكرون ، إلى حوالي 160-190 ميكرومتر. كما تحسنت تقنيات النشر التي تقطع سبائك السيليكون البلورية إلى رقائق من خلال تقليل فقدان القطع وتسهيل إعادة تدوير نشارة السيليكون. [63] [64]

المعايير الرئيسية لكفاءة المواد والطاقة
المعلمة مونو-سي كادميوم تيلوريد
كفاءة الخلية 16.5% 15.6%
خفض كفاءة الخلية إلى الوحدة 8.5% 13.9%
كفاءة الوحدة 15.1% 13.4%
سمك الرقاقة / سمك الطبقة 190 ميكرومتر 4.0 ميكرومتر
خسارة كيرف 190 ميكرومتر -
الفضة لكل خلية 9.6 جرام/م 2 -
سمك الزجاج 4.0 ملم 3.5 ملم
مدة التشغيل 30 سنة 30 سنة
المصدر: IEA-PVPS ، تقييم دورة الحياة، مارس 2015 [65]

تأثيرات الجيل الأول من الطاقة الشمسية

تُعد وحدات السيليكون البلوري أكثر أنواع الخلايا الكهروضوئية التي تمت دراستها على نطاق واسع من حيث تحليل دورة الحياة لأنها الأكثر استخدامًا. تتمتع أنظمة الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة (mono-si) بكفاءة متوسطة تبلغ 14.0%. [66] تميل الخلايا إلى اتباع بنية القطب الأمامي والفيلم المضاد للانعكاس والطبقة n والطبقة p والقطب الخلفي، مع ضرب الشمس للقطب الأمامي. يتراوح عمر الخدمة من 1.7 إلى 2.7 سنة. [67] يتراوح مكافئ ثاني أكسيد الكربون من المهد إلى البوابة لكل كيلووات ساعة من 37.3 إلى 72.2 جرامًا عند تركيبها في جنوب أوروبا. [68]

تعتبر تقنيات إنتاج الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات أبسط وأرخص من الخلايا المصنوعة من السيليكون أحادي البلورات، إلا أنها تميل إلى إنتاج خلايا أقل كفاءة، بمعدل 13.2%. [66] تتراوح فترة صلاحية المنتج من 1.5 إلى 2.6 سنة. [67] تتراوح فترة صلاحية المنتج من المهد إلى البوابة من ثاني أكسيد الكربون المكافئ/كيلووات ساعة من 28.5 إلى 69 جرامًا عند تركيبها في جنوب أوروبا. [68]

بافتراض أن البلدان التالية لديها بنية تحتية للشبكة عالية الجودة كما هو الحال في أوروبا، فقد تم حساب أنه في عام 2020 سيستغرق الأمر 1.28 عامًا في أوتاوا ، كندا، حتى ينتج نظام الطاقة الكهروضوئية على السطح نفس كمية الطاقة المطلوبة لتصنيع السيليكون في الوحدات النمطية فيه (باستثناء الفضة والزجاج والحوامل والمكونات الأخرى)، و0.97 عامًا في كاتانيا ، إيطاليا ، و0.4 عامًا في جايبور ، الهند. وخارج أوروبا، حيث تكون كفاءة الشبكة الصافية أقل، سيستغرق الأمر وقتًا أطول. يمكن اعتبار " وقت استرداد الطاقة " هذا جزءًا من الوقت خلال العمر الإنتاجي للوحدة التي يكون فيها إنتاج الطاقة ملوثًا. وفي أفضل الأحوال، يعني هذا أن اللوحة التي يبلغ عمرها 30 عامًا قد أنتجت طاقة نظيفة لمدة 97٪ من عمرها، أو أن السيليكون الموجود في وحدات اللوحة الشمسية ينتج انبعاثات غازات دفيئة أقل بنسبة 97٪ من محطة تعمل بالفحم لنفس كمية الطاقة (بافتراض وتجاهل العديد من الأشياء). [55] لقد نظرت بعض الدراسات إلى ما هو أبعد من EPBT وGWP إلى تأثيرات بيئية أخرى. في إحدى هذه الدراسات، تمت مقارنة مزيج الطاقة التقليدي في اليونان بالطاقة الكهروضوئية متعددة السليكون ووجدنا انخفاضًا بنسبة 95٪ في التأثيرات بما في ذلك المواد المسرطنة والسمية البيئية والتحمض والتغذية الزائدة وأحد عشر تأثيرًا آخر. [69]

تأثير الجيل الثاني من الطاقة الشمسية الكهروضوئية

تيلوريد الكادميوم (CdTe) هو أحد أسرع الخلايا الشمسية القائمة على الأغشية الرقيقة نموًا والتي تُعرف مجتمعة باسم أجهزة الجيل الثاني. يشترك هذا الجهاز الجديد ذو الأغشية الرقيقة أيضًا في قيود أداء مماثلة ( حد كفاءة Shockley-Queisser ) مثل أجهزة Si التقليدية ولكنه يعد بخفض تكلفة كل جهاز من خلال تقليل استهلاك المواد والطاقة أثناء التصنيع. بلغت حصة السوق العالمية من CdTe 4.7٪ في عام 2008. [52] أعلى كفاءة لتحويل الطاقة لهذه التكنولوجيا هي 21٪. [70] يتضمن هيكل الخلية ركيزة زجاجية (حوالي 2 مم) وطبقة موصلة شفافة وطبقة عازلة CdS (50-150 نانومتر) وممتص CdTe وطبقة اتصال معدنية.

تتطلب أنظمة الطاقة الكهروضوئية CdTe مدخلات طاقة أقل في إنتاجها مقارنة بأنظمة الطاقة الكهروضوئية التجارية الأخرى لكل وحدة إنتاج كهرباء. يبلغ متوسط ​​مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل كيلووات ساعة حوالي 18 جرامًا (من المهد إلى البوابة). تتمتع CdTe بأسرع فترة صلاحية للتشغيل من بين جميع تقنيات الطاقة الكهروضوئية التجارية، والتي تتراوح بين 0.3 و1.2 سنة. [71]

تأثيرات الجيل الثالث من الطاقة الشمسية

تم تصميم الخلايا الكهروضوئية من الجيل الثالث لدمج مزايا كل من أجهزة الجيل الأول والثاني ولا تحتوي على حد Shockley-Queisser ، وهو حد نظري للخلايا الكهروضوئية من الجيل الأول والثاني. سمك جهاز الجيل الثالث أقل من 1 ميكرومتر. [72]

هناك تقنيتان جديدتان واعدتان للأغشية الرقيقة هما كبريتيد النحاس والزنك والقصدير (Cu 2 ZnSnS 4 أو CZTS)، [53] وفوسفيد الزنك (Zn 3 P 2 ) [53] وأنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (SWCNT). [73] يتم إنتاج هذه الأغشية الرقيقة حاليًا في المختبر فقط ولكن قد يتم تسويقها تجاريًا في المستقبل. ومن المتوقع أن تكون عمليات تصنيع أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار و(Zn 3 P 2 ) مماثلة لتلك الخاصة بتقنيات الأغشية الرقيقة الحالية لـ CIGS وCdTe على التوالي. بينما من المتوقع أن يتم تصنيع طبقة الامتصاص لـ SWCNT PV باستخدام طريقة CoMoCAT. [74] على عكس الأغشية الرقيقة الراسخة مثل CIGS وCdTe، فإن أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار وZn 3 P 2 وSWCNT PV مصنوعة من مواد غير سامة وفيرة في الأرض ولديها القدرة على إنتاج المزيد من الكهرباء سنويًا مقارنة بالاستهلاك العالمي الحالي. [75] [76] في حين أن CZTS و Zn 3 P 2 يقدمان وعدًا جيدًا لهذه الأسباب، فإن الآثار البيئية المحددة لإنتاجهما التجاري غير معروفة بعد. تم العثور على إمكانية الاحتباس الحراري العالمي لـ CZTS و Zn 3 P 2 38 و 30 جرامًا من ثاني أكسيد الكربون المكافئ / كيلووات ساعة بينما تم العثور على EPBT المقابلة لها 1.85 و 0.78 عامًا على التوالي. [53] بشكل عام، فإن CdTe و Zn 3 P 2 لهما تأثيرات بيئية مماثلة ولكن يمكن أن يتفوقا قليلاً على CIGS و CZTS. [53] وجدت دراسة حول التأثيرات البيئية لخلايا الطاقة الشمسية SWCNT أجراها Celik et al.، بما في ذلك جهاز فعال بنسبة 1٪ وجهاز نظري بكفاءة 28٪، أنه مقارنة بالسيليكون أحادي البلورة، كانت التأثيرات البيئية من 1٪ SWCNT أعلى بنحو 18 مرة بسبب العمر القصير الذي يبلغ ثلاث سنوات بشكل أساسي. [73]

الاقتصاد

المصدر: Apricus [77]

لقد حدثت تغييرات كبيرة في التكاليف الأساسية وبنية الصناعة وأسعار السوق لتكنولوجيا الطاقة الشمسية الكهروضوئية على مر السنين، والحصول على صورة متماسكة للتحولات التي تحدث عبر سلسلة قيمة الصناعة على مستوى العالم يشكل تحديًا. ويرجع هذا إلى: "سرعة تغيرات التكلفة والسعر، وتعقيد سلسلة توريد الطاقة الكهروضوئية، والتي تنطوي على عدد كبير من عمليات التصنيع، وتوازن النظام (BOS) وتكاليف التثبيت المرتبطة بأنظمة الطاقة الكهروضوئية الكاملة، واختيار قنوات التوزيع المختلفة، والاختلافات بين الأسواق الإقليمية التي يتم فيها نشر الطاقة الكهروضوئية". وتنتج المزيد من التعقيدات عن العديد من مبادرات دعم السياسات المختلفة التي تم وضعها لتسهيل تسويق الطاقة الكهروضوئية في بلدان مختلفة. [3]

أصبحت تقنيات الطاقة المتجددة أرخص عمومًا منذ اختراعها. [78] [79] [80] أصبحت أنظمة الطاقة المتجددة أرخص في البناء من محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري في معظم أنحاء العالم، وذلك بفضل التقدم في تكنولوجيا طاقة الرياح والطاقة الشمسية على وجه الخصوص. [81]

تكاليف الأجهزة

قانون سوانسون - الذي ينص على أن أسعار الوحدات الشمسية انخفضت بنحو 20% لكل مضاعفة للسعة المركبة - يحدد " معدل التعلم " للطاقة الشمسية الكهروضوئية. [82]

في عام 1977، بلغت أسعار الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري 76.67 دولارًا أمريكيًا/واط. [83]

وعلى الرغم من أن أسعار الوحدات بالجملة ظلت ثابتة عند حوالي 3.50 إلى 4.00 دولار أمريكي/واط في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين بسبب الطلب المرتفع في ألمانيا وإسبانيا بفضل الإعانات السخية ونقص البولي سيليكون، فقد انهار الطلب مع الإنهاء المفاجئ للإعانات الإسبانية بعد انهيار السوق في عام 2008، وانخفض السعر بسرعة إلى 2.00 دولار أمريكي/واط. وتمكن المصنعون من الحفاظ على هامش تشغيلي إيجابي على الرغم من انخفاض الدخل بنسبة 50٪ بسبب الابتكار وخفض التكاليف. في أواخر عام 2011، انخفضت أسعار المصنع لوحدات الطاقة الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون البلوري فجأة إلى ما دون علامة 1.00 دولار أمريكي/واط، مما فاجأ العديد من العاملين في الصناعة، وتسبب في إفلاس عدد من شركات تصنيع الطاقة الشمسية في جميع أنحاء العالم. غالبًا ما يُنظر إلى تكلفة 1.00 دولار أمريكي/واط في صناعة الطاقة الكهروضوئية على أنها تشير إلى تحقيق تكافؤ الشبكة للطاقة الكهروضوئية، لكن معظم الخبراء لا يعتقدون أن نقطة السعر هذه مستدامة. قد يعني التقدم التكنولوجي وتحسينات عملية التصنيع وإعادة هيكلة الصناعة إمكانية إجراء المزيد من التخفيضات في الأسعار. [3] انخفض متوسط ​​سعر التجزئة للخلايا الشمسية كما رصدته مجموعة Solarbuzz من 3.50 دولارًا أمريكيًا للواط إلى 2.43 دولارًا أمريكيًا للواط على مدار عام 2011. [84] في عام 2013، انخفضت أسعار الجملة إلى 0.74 دولارًا أمريكيًا للواط. [83] وقد تم الاستشهاد بهذا كدليل يدعم " قانون سوانسون "، وهي ملاحظة مماثلة لقانون مور الشهير ، الذي يدعي أن أسعار الخلايا الشمسية تنخفض بنسبة 20٪ لكل مضاعفة لقدرة الصناعة. [83] يعرّف معهد فراونهوفر "معدل التعلم" بأنه الانخفاض في الأسعار مع تضاعف الإنتاج التراكمي، بنحو 25% بين عامي 1980 و2010. وعلى الرغم من انخفاض أسعار الوحدات بسرعة، فقد انخفضت أسعار العاكسات الحالية بمعدل أقل بكثير، وفي عام 2019 تشكل أكثر من 61% من التكلفة لكل كيلووات ذروة، من ربعها في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. [55]

لاحظ أن الأسعار المذكورة أعلاه هي للوحدات العارية، وهناك طريقة أخرى للنظر في أسعار الوحدات وهي تضمين تكاليف التركيب. في الولايات المتحدة، وفقًا لرابطة صناعات الطاقة الشمسية، انخفض سعر وحدات الطاقة الكهروضوئية المثبتة على أسطح المنازل لأصحاب المنازل من 9.00 دولار/واط في عام 2006 إلى 5.46 دولار/واط في عام 2011. بما في ذلك الأسعار التي تدفعها المنشآت الصناعية، ينخفض ​​السعر الوطني المثبت إلى 3.45 دولار/واط. وهذا أعلى بشكل ملحوظ من أي مكان آخر في العالم، في ألمانيا بلغ متوسط ​​تركيبات أسطح المنازل لأصحاب المنازل 2.24 دولار/واط. يُعتقد أن فروق التكلفة تستند في المقام الأول إلى العبء التنظيمي الأعلى والافتقار إلى سياسة الطاقة الشمسية الوطنية في الولايات المتحدة. [85]

بحلول نهاية عام 2012، بلغت تكاليف إنتاج الشركات المصنعة الصينية 0.50 دولار/واط في أرخص الوحدات. [86] في بعض الأسواق، يمكن لموزعي هذه الوحدات كسب هامش كبير، من خلال الشراء بسعر المصنع والبيع بأعلى سعر يمكن للسوق دعمه ("التسعير القائم على القيمة"). [3] في كاليفورنيا، وصلت الطاقة الكهروضوئية إلى تكافؤ الشبكة في عام 2011، والذي يُعرَّف عادةً بتكاليف إنتاج الطاقة الكهروضوئية عند أو أقل من أسعار الكهرباء بالتجزئة (رغم أنها غالبًا ما تكون أعلى من أسعار محطات الطاقة لتوليد الطاقة بالفحم أو الغاز دون توزيعها وتكاليف أخرى). [87] تم الوصول إلى تكافؤ الشبكة في 19 سوقًا في عام 2014. [88] [89]

بحلول عام 2024، تسببت الزيادات الهائلة في إنتاج الألواح الشمسية في الصين في انخفاض أسعار الوحدات إلى ما يصل إلى 0.11 دولارًا أمريكيًا / وات، وهو انخفاض يزيد عن 90 بالمائة عن أسعار عام 2011. [90]

التكلفة المتساوية للكهرباء

وسائد ETFE من AWM Munich - الخلايا الكهروضوئية

التكلفة المستوية للكهرباء (LCOE) هي التكلفة لكل كيلووات ساعة بناءً على التكاليف الموزعة على مدى عمر المشروع، ويُعتقد أنها مقياس أفضل لحساب الجدوى من السعر لكل واط. تختلف LCOE بشكل كبير اعتمادًا على الموقع. [3] يمكن اعتبار LCOE الحد الأدنى للسعر الذي سيتعين على العملاء دفعه لشركة المرافق حتى تتمكن من تحقيق التعادل في الاستثمار في محطة طاقة جديدة. [5] يتم تحقيق التكافؤ في الشبكة تقريبًا عندما ينخفض ​​LCOE إلى سعر مماثل لأسعار الشبكة المحلية التقليدية، على الرغم من أن الحسابات في الواقع ليست قابلة للمقارنة بشكل مباشر. [91] وصلت تركيبات الطاقة الكهروضوئية الصناعية الكبيرة إلى التكافؤ في الشبكة في كاليفورنيا في عام 2011. [80] [91] كان يُعتقد أن التكافؤ في الشبكة لأنظمة الأسطح لا يزال أبعد من ذلك بكثير في هذا الوقت. [91] لا يُعتقد أن العديد من حسابات LCOE دقيقة، وهناك قدر كبير من الافتراضات مطلوبة. [3] [91] قد تنخفض أسعار الوحدات بشكل أكبر، وقد تنخفض LCOE للطاقة الشمسية وفقًا لذلك في المستقبل. [92]

نظرًا لأن الطلب على الطاقة يرتفع وينخفض ​​على مدار اليوم، والطاقة الشمسية محدودة بحقيقة أن الشمس تغرب، يجب على شركات الطاقة الشمسية أيضًا أن تأخذ في الاعتبار التكاليف الإضافية لتوفير إمدادات طاقة بديلة أكثر استقرارًا للشبكة من أجل تثبيت النظام، أو تخزين الطاقة بطريقة ما (لا تستطيع تقنية البطاريات الحالية تخزين طاقة كافية). لا يتم احتساب هذه التكاليف في حسابات تكلفة الطاقة المولدة، ولا يتم احتساب الإعانات الخاصة أو الأقساط التي قد تجعل شراء الطاقة الشمسية أكثر جاذبية. [5] إن عدم الموثوقية والتباين الزمني في توليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح يمثلان مشكلة كبيرة. يمكن أن يؤدي الإفراط في استخدام مصادر الطاقة المتقلبة هذه إلى عدم استقرار الشبكة بأكملها. [93]

اعتبارًا من عام 2017، أصبحت أسعار اتفاقيات شراء الطاقة لمزارع الطاقة الشمسية أقل من 0.05 دولار/كيلووات ساعة شائعة في الولايات المتحدة، وكانت أدنى العطاءات في بعض دول الخليج العربي حوالي 0.03 دولار/كيلووات ساعة. [94] ويتمثل هدف وزارة الطاقة الأمريكية في تحقيق تكلفة موحدة للطاقة الشمسية الكهروضوئية تبلغ 0.03 دولار/كيلووات ساعة لشركات المرافق. [95]

الإعانات والتمويل

غالبًا ما يتم تقديم حوافز مالية للطاقة الكهروضوئية ، مثل التعريفات التغذوية (FITs)، لمستهلكي الكهرباء لتثبيت وتشغيل أنظمة توليد الطاقة الشمسية، وفي بعض البلدان، تعد مثل هذه الإعانات هي الطريقة الوحيدة التي يمكن أن تظل بها الطاقة الكهروضوئية مربحة اقتصاديًا. في ألمانيا، تكون إعانات التعريفات التغذوية عمومًا حوالي 0.13 يورو أعلى من سعر التجزئة العادي للكيلووات في الساعة (0.05 يورو). [96] كانت إعانات التعريفات التغذوية للطاقة الكهروضوئية حاسمة لتبني الصناعة، وهي متاحة للمستهلكين في أكثر من 50 دولة اعتبارًا من عام 2011. كانت ألمانيا وإسبانيا من أهم الدول فيما يتعلق بتقديم الدعم للطاقة الكهروضوئية، وقد دفعت سياسات هذه الدول الطلب في الماضي. [3] اشتكت بعض شركات تصنيع الخلايا الشمسية الأمريكية مرارًا وتكرارًا من أن انخفاض أسعار تكاليف وحدات الطاقة الكهروضوئية قد تحقق بسبب الإعانات من قبل حكومة الصين، وإغراق هذه المنتجات بأسعار أقل من أسعار السوق العادلة. يوصي المصنعون الأمريكيون عمومًا بفرض تعريفات جمركية عالية على الإمدادات الأجنبية للسماح لهم بالبقاء مربحين. ردًا على هذه المخاوف، بدأت إدارة أوباما في فرض تعريفات جمركية على المستهلكين الأميركيين لهذه المنتجات في عام 2012 لرفع الأسعار على الشركات المصنعة المحلية. [3] ومع ذلك، تدعم الولايات المتحدة أيضًا الصناعة، وتقدم للمستهلكين خصمًا ضريبيًا فيدراليًا بنسبة 30٪ لشراء الوحدات. في هاواي، تقطع الإعانات الفيدرالية والولائية ما يصل إلى ثلثي تكاليف التثبيت. [85]

وقد روّج بعض دعاة حماية البيئة لفكرة مفادها أنه ينبغي استخدام الحوافز الحكومية من أجل توسيع صناعة تصنيع الطاقة الكهروضوئية بهدف خفض تكاليف الكهرباء المولدة من الطاقة الكهروضوئية بسرعة أكبر إلى المستوى الذي يسمح لها بالتنافس مع الوقود الأحفوري في السوق الحرة. ويستند هذا إلى النظرية القائلة بأنه عندما تتضاعف القدرة التصنيعية، فإن اقتصاديات الحجم سوف تتسبب في انخفاض أسعار المنتجات الشمسية إلى النصف. [5]

في العديد من البلدان، هناك نقص في الوصول إلى رأس المال لتطوير مشاريع الطاقة الكهروضوئية. ولحل هذه المشكلة، تم اقتراح توريق الأوراق المالية لتسريع تطوير مشاريع الطاقة الكهروضوئية الشمسية. [87] [97] على سبيل المثال، قدمت شركة SolarCity أول أوراق مالية مدعومة بأصول أمريكية في صناعة الطاقة الشمسية في عام 2013. [98]

آخر

يتم توليد الطاقة الكهروضوئية أيضًا خلال وقت من اليوم يقترب من ذروة الطلب (يسبقها) في أنظمة الكهرباء ذات الاستخدام العالي لتكييف الهواء. نظرًا لأن تشغيل الطاقة الكهروضوئية على نطاق واسع يتطلب النسخ الاحتياطي في شكل احتياطيات دوارة، فإن التكلفة الهامشية لتوليدها في منتصف النهار تكون عادةً في أدنى مستوياتها، ولكنها ليست صفرًا، عندما تولد الطاقة الكهروضوئية الكهرباء. يمكن ملاحظة ذلك في الشكل 1 من هذه الورقة:. [99] بالنسبة للعقارات السكنية ذات المرافق الكهروضوئية الخاصة المتصلة بالشبكة، قد يتمكن المالك من كسب أموال إضافية عند تضمين وقت التوليد، حيث تكون قيمة الكهرباء أعلى أثناء النهار مقارنة بالليل. [100]

في عام 2012، افترض أحد الصحفيين أن فرض ضريبة إضافية قدرها 50 دولارًا أمريكيًا على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الطاقة التي تعمل بالفحم من شأنه أن يسمح للطاقة الشمسية الكهروضوئية بالظهور بمظهر أكثر قدرة على المنافسة من حيث التكلفة بالنسبة للمستهلكين في معظم المواقع إذا تم رفع فواتير الطاقة للأميركيين. [84]

نمو

النمو العالمي للطاقة الكهروضوئية على قطعة أرض شبه خشبية منذ عام 1992

شكلت الطاقة الشمسية الكهروضوئية أكبر هيئة بحثية بين أنواع الطاقة المستدامة السبعة التي تم فحصها في دراسة ببليومترية عالمية ، حيث نما الناتج العلمي السنوي من 9094 منشورًا في عام 2011 إلى 14447 منشورًا في عام 2019. [101]

وبالمثل، ينمو تطبيق الطاقة الشمسية الكهروضوئية بسرعة ووصلت السعة المركبة في جميع أنحاء العالم إلى تيراواط واحد في أبريل 2022. [102] يتجاوز إجمالي إنتاج الطاقة من الطاقة الكهروضوئية في العالم في عام تقويمي الآن 500 تيراوات في الساعة من الكهرباء. وهذا يمثل 2٪ من الطلب العالمي على الكهرباء. أكثر من 100 دولة، مثل البرازيل والهند، تستخدم الطاقة الشمسية الكهروضوئية. [103] [104] تليها الولايات المتحدة واليابان ، بينما تباطأت التركيبات في ألمانيا ، التي كانت ذات يوم أكبر منتج في العالم.

أنتجت هندوراس أعلى نسبة من طاقتها من الطاقة الشمسية في عام 2019، بنسبة 14.8٪. [105] اعتبارًا من عام 2019، تمتلك فيتنام أعلى سعة مثبتة في جنوب شرق آسيا، حوالي 4.5 جيجاوات. [106] يضع معدل التثبيت السنوي البالغ حوالي 90 وات للفرد سنويًا فيتنام بين قادة العالم. [106] كانت التعريفة التغذوية السخية والسياسات الداعمة للحكومة مثل الإعفاءات الضريبية هي المفتاح لتمكين طفرة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في فيتنام. تشمل العوامل الأساسية رغبة الحكومة في تعزيز الاكتفاء الذاتي من الطاقة والطلب العام على جودة البيئة المحلية. [106]

إن الحاجز الرئيسي هو قدرة شبكة النقل المحدودة. [106]

تمتلك الصين أكبر قدرة للطاقة الشمسية في العالم، مع 390 جيجاوات من القدرة المركبة في عام 2022 مقارنة بحوالي 200 جيجاوات في الاتحاد الأوروبي، وفقًا لبيانات وكالة الطاقة الدولية. [107] تشمل البلدان الأخرى التي تمتلك أكبر قدرات الطاقة الشمسية في العالم الولايات المتحدة واليابان وألمانيا.

أكبر 20 دولة في إنتاج الطاقة الكهروضوئية في عام 2022 (ميغاواط)
القدرة المركبة والإجمالية للطاقة الشمسية في عام 2022 (ميغاواط) [108]
# أمة القدرة الاجمالية القدرة المضافة
1 الصين الصين 393,000 86,100
2 الولايات المتحدة الولايات المتحدة 113000 17,800
3 اليابان اليابان 78,800 4,600
4 ألمانيا ألمانيا 66,600 8,100
5 الهند الهند 63,100 13,500
6 أستراليا أستراليا 26,800 7,700
7 إيطاليا إيطاليا 25,100 2400
8 البرازيل البرازيل 24,100 9,900
9 كوريا الجنوبية كوريا الجنوبية 21000 2,800
10 إسبانيا إسبانيا 20,500 4,600
11 هولندا هولندا 19,100 4,200
12 فيتنام فيتنام 18,500 1,800
13 فرنسا فرنسا 17,400 2700
14 المملكة المتحدة المملكة المتحدة 14,400 720
15 بولندا بولندا 11,200 4,900
16 تايوان تايوان 9,700 2000
17 ديك رومى ديك رومى 9,400 1600
18 المكسيك المكسيك 9000 2000
19 أوكرانيا أوكرانيا 8,100 0
20 بلجيكا بلجيكا 6,900 310

البيانات: تقرير IEA-PVPS Snapshot of Global PV Markets 2023 ، أبريل 2023 [108]
انظر أيضًا الطاقة الشمسية حسب البلد للحصول على قائمة كاملة ومحدثة باستمرار

في عام 2017، كان يُعتقد أنه من المحتمل أن تتراوح قدرات الطاقة الكهروضوئية العالمية المركبة بحلول عام 2030 بين 3000 و10000 جيجاوات. [94] ادعت منظمة السلام الأخضر في عام 2010 أن 1845 جيجاوات من أنظمة الطاقة الكهروضوئية في جميع أنحاء العالم يمكن أن تولد ما يقرب من 2646 تيراوات ساعة / سنة من الكهرباء بحلول عام 2030، وبحلول عام 2050 يمكن توفير أكثر من 20٪ من إجمالي الكهرباء من الطاقة الكهروضوئية. [109]

التطبيقات

هناك العديد من التطبيقات العملية لاستخدام الألواح الشمسية أو الخلايا الكهروضوئية والتي تغطي كل المجالات التكنولوجية تحت الشمس. من مجالات الصناعة الزراعية كمصدر للطاقة للري إلى استخدامها في مرافق الرعاية الصحية النائية لتبريد الإمدادات الطبية. تشمل التطبيقات الأخرى توليد الطاقة على نطاقات مختلفة ومحاولات دمجها في المنازل والبنية التحتية العامة. تُستخدم وحدات الطاقة الكهروضوئية في الأنظمة الكهروضوئية وتشمل مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأجهزة الكهربائية.

الأنظمة الكهروضوئية

النظام الكهروضوئي أو نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية هو نظام طاقة مصمم لتوفير الطاقة الشمسية القابلة للاستخدام عن طريق الخلايا الكهروضوئية. وهو يتكون من مجموعة من المكونات، بما في ذلك الألواح الشمسية لامتصاص وتحويل ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء، وعاكس شمسي لتغيير التيار الكهربائي من تيار مستمر إلى تيار متردد، بالإضافة إلى التركيب والكابلات والملحقات الكهربائية الأخرى. تتراوح أنظمة الطاقة الكهروضوئية من الأنظمة الصغيرة المثبتة على أسطح المنازل أو المدمجة في المباني بسعات تتراوح من بضع إلى عدة عشرات من الكيلوواط ، إلى محطات الطاقة الكبيرة على نطاق المرافق بمئات الميجاواط . في الوقت الحاضر، معظم أنظمة الطاقة الكهروضوئية متصلة بالشبكة ، في حين أن الأنظمة المستقلة لا تمثل سوى جزء صغير من السوق.

أجهزة استشعار الصور

أجهزة استشعار الضوء هي أجهزة استشعار للضوء أو الإشعاع الكهرومغناطيسي الآخر . [110] يحتوي كاشف الضوء على وصلة p-n التي تحول فوتونات الضوء إلى تيار. تشكل الفوتونات الممتصة أزواج إلكترون-ثقب في منطقة الاستنفاد . تعد الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية بعض الأمثلة على أجهزة الكشف الضوئية. تحول الخلايا الشمسية بعض طاقة الضوء الممتصة إلى طاقة كهربائية.

التكنولوجيا التجريبية

الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون البلوري هي نوع واحد فقط من الخلايا الكهروضوئية، وفي حين أنها تمثل غالبية الخلايا الشمسية المنتجة حاليًا، إلا أن هناك العديد من التقنيات الجديدة والواعدة التي لديها القدرة على التوسع لتلبية احتياجات الطاقة في المستقبل. اعتبارًا من عام 2018، تعمل تقنية الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون البلوري كأساس للعديد من أنواع وحدات الطاقة الكهروضوئية، بما في ذلك أحادية البلورة ومتعددة البلورات وأحادية PERC وثنائية الوجه. [111]

هناك تقنية أحدث أخرى، وهي الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة، والتي يتم تصنيعها عن طريق ترسيب طبقات شبه موصلة من البيروفسكايت ، وهو معدن له خصائص شبه موصلة، على ركيزة في الفراغ. غالبًا ما تكون الركيزة من الزجاج أو الفولاذ المقاوم للصدأ، وتتكون هذه الطبقات شبه الموصلة من العديد من أنواع المواد بما في ذلك تيلورايد الكادميوم (CdTe)، وثنائي سيلينيد النحاس والإنديوم (CIS)، وثنائي سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم (CIGS)، والسيليكون غير المتبلور (a-Si). بعد ترسيبها على الركيزة، يتم فصل الطبقات شبه الموصلة وتوصيلها بواسطة دائرة كهربائية عن طريق النقش بالليزر. [112] [113] تعد الخلايا الشمسية البيروفسكايت محولًا للطاقة الشمسية فعالًا للغاية ولديها خصائص بصرية إلكترونية ممتازة للأغراض الكهروضوئية، ولكن ترقيتها من خلايا بحجم المختبر إلى وحدات ذات مساحة كبيرة لا تزال قيد البحث. [114] قد تصبح المواد الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة جذابة في المستقبل، بسبب متطلبات المواد المنخفضة وتكلفة تصنيع الوحدات المكونة من الأغشية الرقيقة مقارنة بالرقائق القائمة على السيليكون. [115] في عام 2019، أفادت مختبرات جامعية في أكسفورد وستانفورد وأماكن أخرى عن خلايا شمسية من البيروفسكايت بكفاءة تتراوح بين 20 و25٪. [116]

سيجارة إلكترونية

سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم (CIGS) عبارة عن خلية شمسية ذات غشاء رقيق تعتمد على عائلة ثنائي سيلينيد النحاس والإنديوم (CIS) من أشباه الموصلات الكالكوبيريتية . غالبًا ما يتم استخدام CIS وCIGS بالتبادل داخل مجتمع CIS / CIGS. يتضمن هيكل الخلية زجاج الصودا والجير كركيزة، وطبقة الموليبدينوم كجهة اتصال خلفية، وCIS / CIGS كطبقة ماصة، وكبريتيد الكادميوم (CdS) أو Zn (S، OH) x كطبقة عازلة، وZnO: Al كجهة اتصال أمامية. [117] يبلغ سمك CIGS حوالي 1/100 من سمك تقنيات الخلايا الشمسية السيليكونية التقليدية. المواد اللازمة للتجميع متوفرة بسهولة، وهي أقل تكلفة لكل واط من الخلية الشمسية. تقاوم الأجهزة الشمسية القائمة على CIGS تدهور الأداء بمرور الوقت وهي مستقرة للغاية في الميدان.

تتراوح التأثيرات المحتملة للاحتباس الحراري العالمي المبلغ عنها لـ CIGS بين 20.5 و 58.8 جرامًا من مكافئ ثاني أكسيد الكربون / كيلووات ساعة من الكهرباء المولدة لإشعاعات شمسية مختلفة (1700 إلى 2200 كيلووات ساعة / م 2 / سنة) وكفاءة تحويل الطاقة (7.8 - 9.12٪). [118] تتراوح EPBT من 0.2 إلى 1.4 سنة، [71] بينما تم العثور على القيمة المتجانسة لـ EPBT 1.393 سنة. [58] السمية هي مشكلة داخل الطبقة العازلة لوحدات CIGS لأنها تحتوي على الكادميوم والغاليوم. [53] [119] لا تحتوي وحدات CIS على أي معادن ثقيلة.

خلايا بيروفسكايت الشمسية

خلية شمسية من البيروفسكايت

خلية البيروفسكايت الشمسية (PSC) هي نوع من الخلايا الشمسية التي تتضمن مركبًا مبنيًا على البيروفسكايت ، وهو في أغلب الأحيان مادة هجينة عضوية وغير عضوية تعتمد على الرصاص أو هاليد القصدير كطبقة نشطة لجمع الضوء. [120] [121] تعتبر مواد البيروفسكايت، مثل هاليدات ميثيل الأمونيوم الرصاص وهاليد الرصاص السيزيوم غير العضوي بالكامل، رخيصة الإنتاج وسهلة التصنيع.

زادت كفاءة الخلايا الشمسية للأجهزة المعملية التي تستخدم هذه المواد من 3.8٪ في عام 2009 [122] إلى 25.7٪ في عام 2021 في الهياكل أحادية الوصلة، [123] [124] وفي الخلايا الترادفية القائمة على السيليكون، إلى 29.8٪، [123] [125] متجاوزة بذلك الحد الأقصى للكفاءة المحققة في الخلايا الشمسية السيليكونية أحادية الوصلة. وبالتالي، كانت الخلايا الشمسية البيروفسكايت هي أسرع تكنولوجيا شمسية تقدمًا اعتبارًا من عام 2016. [ 120] مع إمكانية تحقيق كفاءات أعلى وتكاليف إنتاج منخفضة للغاية، أصبحت الخلايا الشمسية البيروفسكايت جذابة تجاريًا. تشمل المشاكل الأساسية وموضوعات البحث استقرارها على المدى القصير والطويل. [126]

الخلايا الشمسية المصبوغة بالحساسية

الخلايا الشمسية الحساسة للصبغة (DSCs) هي خلايا شمسية جديدة ذات غشاء رقيق. تعمل هذه الخلايا الشمسية تحت الضوء المحيط بشكل أفضل من تقنيات الطاقة الكهروضوئية الأخرى. تعمل مع امتصاص الضوء في صبغة حساسة بين مادتين لنقل الشحنة. تحيط الصبغة بجسيمات نانوية من ثاني أكسيد التيتانيوم موجودة في شبكة ملبدة. [127] يعمل ثاني أكسيد التيتانيوم كنطاق توصيل في أشباه الموصلات من النوع n؛ السقالة لجزيئات الصبغة المزخرفة ونقل الانتخابات أثناء الإثارة. بالنسبة لتقنية DSC من ثاني أكسيد التيتانيوم ، فإن تحضير العينة في درجات حرارة عالية فعال للغاية لأن درجات الحرارة المرتفعة تنتج خصائص نسيجية أكثر ملاءمة. مثال آخر على DSCs هو مركب النحاس مع Cu (II / I) كمكوك أكسدة-اختزال مع TMBY (4،4'، 6،6'- رباعي ميثيل-2،2' ثنائي البيريدين). تظهر DSCs أداءً رائعًا مع الضوء الاصطناعي والداخلي. من نطاق 200 لوكس إلى 2000 لوكس، تعمل هذه الخلايا في ظروف كفاءة قصوى تبلغ 29.7%. [128]

ومع ذلك، كانت هناك مشكلات مع DSCs، والتي يأتي الكثير منها من الإلكتروليت السائل. المذيب خطير، وسوف يخترق معظم المواد البلاستيكية. ولأنه سائل، فهو غير مستقر لتغيرات درجة الحرارة، مما يؤدي إلى التجمد في درجات الحرارة الباردة والتمدد في درجات الحرارة الدافئة مما يسبب الفشل. [129] عيب آخر هو أن الخلية الشمسية ليست مثالية للتطبيق على نطاق واسع بسبب كفاءتها المنخفضة. تتمثل بعض فوائد DSC في أنه يمكن استخدامه في مجموعة متنوعة من مستويات الضوء (بما في ذلك الظروف الغائمة)، وله تكلفة إنتاج منخفضة، ولا يتحلل تحت أشعة الشمس، مما يمنحه عمرًا أطول من الأنواع الأخرى من الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة.

لقاح شلل الأطفال الفموي

تشمل تقنيات الطاقة الكهروضوئية المستقبلية المحتملة الأخرى الخلايا الكهروضوئية العضوية والمحسَّسة بالصبغة والنقطة الكمومية. [130] تندرج الخلايا الكهروضوئية العضوية ضمن فئة الأغشية الرقيقة للتصنيع، وتعمل عادةً حول نطاق الكفاءة 12% وهو أقل من 12-21% التي تراها عادةً الخلايا الكهروضوئية القائمة على السيليكون. نظرًا لأن الخلايا الكهروضوئية العضوية تتطلب نقاءً عاليًا جدًا وتفاعلية نسبيًا، فيجب تغليفها مما يزيد بشكل كبير من تكلفة التصنيع ويعني أنها غير قابلة للتوسع على نطاق واسع. تتشابه الخلايا الكهروضوئية المصبوغة في الكفاءة مع الخلايا الكهروضوئية المصبوغة ولكن تصنيعها أسهل بكثير. ومع ذلك، فإن هذه الخلايا الكهروضوئية المصبوغة تُحدث مشاكل تخزين لأن الإلكتروليت السائل سام ويمكن أن يخترق البلاستيك المستخدم في الخلية. تتم معالجة الخلايا الشمسية ذات النقاط الكمومية بالمحلول، مما يعني أنها قابلة للتوسع بشكل محتمل، لكنها تبلغ ذروتها حاليًا عند 12% من الكفاءة. [114]

تعتبر الخلايا الكهروضوئية العضوية والبوليمرية (OPV) مجالًا جديدًا نسبيًا للبحث. تتكون طبقات بنية خلية الخلايا الكهروضوئية العضوية والبوليمرية التقليدية من قطب شبه شفاف وطبقة حجب الإلكترونات وتقاطع نفق وطبقة حجب الثقوب والقطب الكهربي، مع ضرب الشمس للقطب الكهربي الشفاف. تحل الخلايا الكهروضوئية العضوية محل الفضة بالكربون كمادة قطب كهربي مما يقلل من تكلفة التصنيع ويجعلها أكثر ملاءمة للبيئة. [131] الخلايا الكهروضوئية العضوية مرنة وخفيفة الوزن وتعمل بشكل جيد مع التصنيع من لفة إلى لفة للإنتاج الضخم. [132] تستخدم الخلايا الكهروضوئية العضوية "عناصر وفيرة فقط مقترنة بطاقة مجسدة منخفضة للغاية من خلال درجات حرارة معالجة منخفضة للغاية باستخدام ظروف معالجة محيطة فقط على معدات طباعة بسيطة مما يتيح أوقات استرداد الطاقة". [133] تتراوح الكفاءات الحالية بين 1-6.5٪، [56] [134] ومع ذلك، تُظهر التحليلات النظرية وعدًا يتجاوز 10٪ من الكفاءة. [133]

توجد العديد من التكوينات المختلفة للطاقة الشمسية الكهروضوئية باستخدام مواد مختلفة لكل طبقة. تنافس تقنية الطاقة الشمسية الكهروضوئية تقنيات الطاقة الكهروضوئية الحالية من حيث عمر التشغيل الأقصى حتى لو كانت تقدم حاليًا عمر تشغيل أقصر. حللت دراسة أجريت عام 2013 12 تكوينًا مختلفًا جميعها بكفاءة 2٪، وتراوح عمر التشغيل الأقصى من 0.29 إلى 0.52 عامًا لـ 1 متر مربع من الطاقة الشمسية الكهروضوئية. [135] يبلغ متوسط ​​مكافئ ثاني أكسيد الكربون / كيلووات ساعة للطاقة الشمسية الكهروضوئية 54.922 جرامًا. [136]

الطاقة الكهروضوئية الحرارية

تحويل الطاقة الكهروضوئية الحرارية (TPV) هو عملية تحويل مباشرة من الحرارة إلى الكهرباء عبر الفوتونات . يتكون النظام الكهروضوئي الحراري الأساسي من جسم ساخن ينبعث منه إشعاع حراري وخلية كهروضوئية تشبه الخلية الشمسية ولكنها مضبوطة على الطيف المنبعث من الجسم الساخن. [137]

نظرًا لأن أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية تعمل عمومًا عند درجات حرارة أقل من الخلايا الشمسية، فإن كفاءتها تميل إلى الانخفاض. يعد تعويض ذلك من خلال استخدام خلايا متعددة الوصلات تعتمد على مواد غير السيليكون أمرًا شائعًا، ولكنه مكلف للغاية بشكل عام. يحد هذا حاليًا من دور الطاقة الشمسية الكهروضوئية في أدوار متخصصة مثل طاقة المركبات الفضائية وجمع الحرارة المهدرة من أنظمة أكبر مثل التوربينات البخارية .

محاذاة وحدة الطاقة الشمسية

يمكن أيضًا تركيب عدد من الوحدات الشمسية رأسيًا فوق بعضها البعض في برج، إذا كانت مسافة سمت الشمس أكبر من الصفر، ويمكن تدوير البرج أفقيًا ككل وكل وحدة إضافية حول محور أفقي. في مثل هذا البرج، يمكن للوحدات أن تتبع الشمس تمامًا. يمكن وصف مثل هذا الجهاز بأنه سلم مثبت على قرص قابل للدوران. كل درجة من هذا السلم هي المحور الأوسط للوحة شمسية مستطيلة الشكل. في حالة وصول مسافة سمت الشمس إلى الصفر، يمكن تدوير "السلم" إلى الشمال أو الجنوب لتجنب إنتاج وحدة شمسية ظلًا على وحدة أقل. بدلاً من برج عمودي تمامًا، يمكن للمرء اختيار برج بمحور موجه إلى النجم القطبي ، مما يعني أنه موازٍ لمحور دوران الأرض . في هذه الحالة تكون الزاوية بين المحور والشمس دائمًا أكبر من 66 درجة. خلال اليوم، من الضروري فقط تدوير الألواح حول هذا المحور لمتابعة الشمس. يمكن تركيب التركيبات على الأرض (وأحيانًا تكون متكاملة مع الزراعة والرعي) [138] أو مدمجة في سقف أو جدران المبنى ( الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المبنى ).

في الأماكن التي قد تكون فيها الأرض محدودة، يمكن نشر الطاقة الكهروضوئية كطاقة شمسية عائمة . في عام 2008، كانت شركة Far Niente Winery رائدة في أول نظام "طاقة شمسية عائمة" في العالم من خلال تركيب 994 لوحة شمسية كهروضوئية على 130 عوامة وتطفو بها على بركة الري الخاصة بمصنع النبيذ. [139] [140] تتمثل إحدى فوائد هذا الإعداد في أن الألواح تُحفظ عند درجة حرارة أقل مما تكون عليه على الأرض، مما يؤدي إلى زيادة كفاءة تحويل الطاقة الشمسية. كما تعمل الألواح العائمة على تقليل كمية المياه المفقودة من خلال التبخر وتمنع نمو الطحالب. [141]

الخلايا الكهروضوئية المركزة هي تقنية تستخدم، على عكس أنظمة الخلايا الكهروضوئية المسطحة التقليدية، عدسات ومرايا منحنية لتركيز ضوء الشمس على خلايا شمسية متعددة الوصلات صغيرة الحجم ولكنها عالية الكفاءة . تستخدم هذه الأنظمة أحيانًا أجهزة تتبع شمسية ونظام تبريد لزيادة كفاءتها.

كفاءة

أفضل كفاءة لخلايا البحث

في عام 2019، تم تحقيق الرقم القياسي العالمي لكفاءة الخلايا الشمسية بنسبة 47.1% باستخدام الخلايا الشمسية المركزة متعددة الوصلات ، والتي تم تطويرها في مختبر الطاقة المتجددة الوطني، كولورادو، الولايات المتحدة. [142] تشمل أعلى الكفاءات التي تم تحقيقها بدون تركيز مادة من شركة Sharp Corporation بنسبة 35.8% باستخدام تقنية تصنيع ثلاثية الوصلات خاصة في عام 2009، [143] وBoeing Spectrolab (40.7% أيضًا باستخدام تصميم ثلاثي الطبقات).

هناك جهد مستمر لزيادة كفاءة التحويل للخلايا والوحدات الكهروضوئية، في المقام الأول من أجل الميزة التنافسية. من أجل زيادة كفاءة الخلايا الشمسية، من المهم اختيار مادة أشباه الموصلات ذات فجوة نطاق مناسبة تتوافق مع الطيف الشمسي. سيعزز هذا الخصائص الكهربائية والبصرية. كما أن تحسين طريقة جمع الشحنة مفيد أيضًا لزيادة الكفاءة. هناك عدة مجموعات من المواد قيد التطوير. يتم تصنيع الأجهزة ذات الكفاءة العالية للغاية (η>30٪) [144] باستخدام أشباه الموصلات GaAs و GaInP2 مع خلايا مترادفة متعددة الوصلات. يتم استخدام مواد السيليكون أحادية البلورة عالية الجودة لتحقيق خلايا عالية الكفاءة ومنخفضة التكلفة (η>20٪).

لقد حققت التطورات الأخيرة في الخلايا الكهروضوئية العضوية (OPVs) تقدمًا كبيرًا في كفاءة تحويل الطاقة من 3٪ إلى أكثر من 15٪ منذ تقديمها في الثمانينيات. [145] حتى الآن، تتراوح أعلى كفاءة تحويل طاقة تم الإبلاغ عنها من 6.7 إلى 8.94٪ للجزيئات الصغيرة، و8.4 إلى 10.6٪ للخلايا الكهروضوئية العضوية المصنوعة من البوليمر، و7 إلى 21٪ للخلايا الكهروضوئية العضوية المصنوعة من البيروفسكايت. [146] [147] ومن المتوقع أن تلعب الخلايا الكهروضوئية العضوية دورًا رئيسيًا في سوق الطاقة الكهروضوئية. لقد أدت التحسينات الأخيرة إلى زيادة الكفاءة وخفض التكلفة، مع الحفاظ على البيئة والتجديد.

بدأت العديد من الشركات في تضمين محسنات الطاقة في وحدات الطاقة الكهروضوئية والتي تسمى الوحدات الذكية . تقوم هذه الوحدات بتتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) لكل وحدة على حدة، وقياس بيانات الأداء للمراقبة، وتوفير ميزات أمان إضافية. يمكن لهذه الوحدات أيضًا التعويض عن تأثيرات التظليل، حيث يتسبب الظل الذي يسقط عبر قسم من الوحدة في انخفاض الناتج الكهربائي لسلسلة واحدة أو أكثر من الخلايا في الوحدة. [148]

أحد الأسباب الرئيسية لانخفاض أداء الخلايا هو ارتفاع درجة الحرارة. تنخفض كفاءة الخلية الشمسية بنحو 0.5٪ لكل زيادة في درجة الحرارة بمقدار درجة مئوية واحدة. وهذا يعني أن زيادة درجة حرارة السطح بمقدار 100 درجة يمكن أن تقلل من كفاءة الخلية الشمسية بنحو النصف. تعد الخلايا الشمسية ذاتية التبريد أحد الحلول لهذه المشكلة. بدلاً من استخدام الطاقة لتبريد السطح، يمكن تشكيل أشكال هرمية ومخروطية من السيليكا ، وربطها بسطح اللوحة الشمسية. يسمح القيام بذلك للضوء المرئي بالوصول إلى الخلايا الشمسية ، لكنه يعكس الأشعة تحت الحمراء (التي تحمل الحرارة). [149]

المزايا

  • التلوث والطاقة في الإنتاج

إن 122  PW من ضوء الشمس الذي يصل إلى سطح الأرض وفير - ما يقرب من 10000 مرة أكثر من 13 TW المكافئة من متوسط ​​الطاقة المستهلكة في عام 2005 من قبل البشر. [150] تؤدي هذه الوفرة إلى اقتراح أنه لن يمر وقت طويل قبل أن تصبح الطاقة الشمسية المصدر الأساسي للطاقة في العالم. [151] بالإضافة إلى ذلك، فإن الإشعاع الشمسي لديه أعلى كثافة للطاقة (متوسط ​​عالمي يبلغ 170 واط / م 2 ) بين الطاقات المتجددة. [150] [ بحاجة لمصدر ]

الطاقة الشمسية خالية من التلوث أثناء الاستخدام، مما يمكنها من الحد من التلوث عندما يتم استبدالها بمصادر طاقة أخرى. على سبيل المثال، قدر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن 52000 شخص يموتون قبل الأوان سنويًا في الولايات المتحدة بسبب تلوث محطات الطاقة التي تعمل بالفحم [152] ويمكن منع جميع هذه الوفيات باستثناء واحدة باستخدام الطاقة الكهروضوئية لتحل محل الفحم. [153] [154] يمكن إدارة النفايات والانبعاثات الناتجة عن الإنتاج باستخدام ضوابط التلوث الحالية. تقنيات إعادة التدوير في نهاية الاستخدام قيد التطوير [155] ويتم إنتاج سياسات تشجع إعادة التدوير من المنتجين. [156]

يمكن أن تعمل تركيبات الطاقة الكهروضوئية بشكل مثالي لمدة 100 عام أو حتى أكثر [157] مع القليل من الصيانة أو التدخل بعد إعدادها الأولي، لذلك بعد التكلفة الرأسمالية الأولية لبناء أي محطة للطاقة الشمسية، تكون تكاليف التشغيل منخفضة للغاية مقارنة بتقنيات الطاقة الحالية.

يمكن استخدام الكهرباء الشمسية المتصلة بالشبكة محليًا وبالتالي تقليل خسائر النقل/التوزيع (كانت خسائر النقل في الولايات المتحدة حوالي 7.2٪ في عام 1995). [158]

  • الاستثمار في أبحاث الخلايا الشمسية

وبالمقارنة بمصادر الطاقة الأحفورية والنووية، لم يتم استثمار سوى القليل جدًا من أموال الأبحاث في تطوير الخلايا الشمسية، لذا فهناك مجال كبير للتحسين. ومع ذلك، فإن الخلايا الشمسية التجريبية عالية الكفاءة تتمتع بالفعل بكفاءة تزيد عن 40% في حالة الخلايا الكهروضوئية المركزة [159] وترتفع الكفاءة بسرعة بينما تنخفض تكاليف الإنتاج الضخم بسرعة. [160]

  • إعانات الإسكان

في بعض ولايات الولايات المتحدة، قد يُفقد قدر كبير من الاستثمار في نظام مثبت في المنزل إذا انتقل صاحب المنزل ووضع المشتري قيمة أقل للنظام من البائع. طورت مدينة بيركلي طريقة تمويل مبتكرة لإزالة هذا القيد، من خلال إضافة تقييم ضريبي يتم نقله مع المنزل لدفع ثمن الألواح الشمسية. [161] يُعرف الآن باسم PACE ، Property Assessed Clean Energy، وقد كررت 30 ولاية أمريكية هذا الحل. [162]

العيوب

  • التأثير على شبكة الكهرباء
تحتاج الشبكات ذات الاختراق العالي لمصادر الطاقة المتجددة عمومًا إلى توليد أكثر مرونة بدلاً من توليد الحمل الأساسي.

بالنسبة لأنظمة الطاقة الكهروضوئية المثبتة على أسطح المنازل خلف العداد، يصبح تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه. عندما يكون هناك توليد محلي أكثر من الاستهلاك، يتم تصدير الكهرباء إلى الشبكة، مما يسمح بالقياس الصافي . ومع ذلك، فإن شبكات الكهرباء غير مصممة تقليديًا للتعامل مع نقل الطاقة ثنائي الاتجاه، مما قد يؤدي إلى حدوث مشكلات فنية. قد تظهر مشكلة الجهد الزائد عندما تتدفق الكهرباء من هذه المنازل الكهروضوئية إلى الشبكة. [163] هناك حلول لإدارة مشكلة الجهد الزائد، مثل تنظيم معامل قدرة عاكس الطاقة الكهروضوئية، ومعدات التحكم في الجهد والطاقة الجديدة على مستوى موزع الكهرباء، وإعادة توصيل أسلاك الكهرباء، وإدارة جانب الطلب، وما إلى ذلك. غالبًا ما تكون هناك قيود وتكاليف مرتبطة بهذه الحلول.

يؤدي ارتفاع معدل توليد الكهرباء خلال منتصف النهار إلى تقليل الطلب على توليد الكهرباء الصافي، ولكن ارتفاع الطلب الصافي عند الذروة مع غروب الشمس قد يتطلب زيادة سريعة في محطات توليد الكهرباء، مما ينتج عنه نمط حمل يسمى منحنى البطة .

  • الآثار المترتبة على إدارة فواتير الكهرباء والاستثمار في الطاقة

لا توجد رصاصة فضية في الكهرباء أو الطلب على الطاقة وإدارة الفواتير، لأن العملاء (المواقع) لديهم مواقف محددة مختلفة، على سبيل المثال احتياجات مختلفة للراحة/الرفاهية، أو تعريفات كهرباء مختلفة، أو أنماط استخدام مختلفة. قد تحتوي تعريفة الكهرباء على بعض العناصر، مثل رسوم الوصول والقياس اليومية، أو رسوم الطاقة (على أساس كيلووات ساعة، ميغاواط ساعة) أو رسوم ذروة الطلب (على سبيل المثال سعر لأعلى 30 دقيقة استهلاك للطاقة في الشهر). تعد الطاقة الكهروضوئية خيارًا واعدًا لتقليل رسوم الطاقة عندما تكون أسعار الكهرباء مرتفعة بشكل معقول ومتزايدة باستمرار، كما هو الحال في أستراليا وألمانيا. ومع ذلك، بالنسبة للمواقع التي تطبق رسوم ذروة الطلب، قد تكون الطاقة الكهروضوئية أقل جاذبية إذا كانت ذروة الطلب تحدث في الغالب في وقت متأخر من بعد الظهر إلى وقت مبكر من المساء، على سبيل المثال في المجتمعات السكنية. بشكل عام، يعد الاستثمار في الطاقة قرارًا اقتصاديًا إلى حد كبير ومن الأفضل اتخاذ قرارات الاستثمار بناءً على التقييم المنهجي للخيارات في التحسين التشغيلي وكفاءة الطاقة وتوليد الطاقة في الموقع وتخزين الطاقة. [164] [165]

انظر أيضا

تحتوي ويكيميديا ​​كومنز على وسائط متعلقة بـ الطاقة الكهروضوئية .

مراجع

  1. ^ ab Lo Piano, Samuele; Mayumi, Kozo (2017). "نحو تقييم متكامل لأداء الأنظمة الكهروضوئية لتوليد الكهرباء". Applied Energy . 186 (2): 167–74. doi :10.1016/j.apenergy.2016.05.102. S2CID  156783885.
  2. ^ "الألواح الشمسية تقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لكل فدان أكثر من الأشجار - وأكثر بكثير من إيثانول الذرة - حالة الكوكب". 26 أكتوبر 2022. تم الاسترجاع في 22 مايو 2024 .
  3. ^ abcdefgh Bazilian, M.; Onyeji, I.; Liebreich, M.; MacGill, I.; Chase, J.; Shah, J.; Gielen, D.; Arent, D.; Landfear, D.; Zhengrong, S. (2013). "إعادة النظر في اقتصاديات الطاقة الكهروضوئية" (PDF) . الطاقة المتجددة . 53 : 329–338. رمز Bibcode :2013REne...53..329B. CiteSeerX 10.1.1.692.1880 . doi :10.1016/j.renene.2012.11.029. مؤرشف من الأصل (PDF) في 31 مايو 2014. تم الاسترجاع في 4 سبتمبر 2015 . 
  4. ^ بالز، ولفجانج (2013). الطاقة الشمسية للعالم: ما أردت أن تعرفه عن الخلايا الكهروضوئية. دار نشر سي آر سي. ص 131–. رقم ISBN 978-981-4411-87-5.
  5. ^ abcd Roser, Max (1 ديسمبر 2020). "لماذا أصبحت مصادر الطاقة المتجددة رخيصة جدًا بهذه السرعة؟". عالمنا في البيانات .
  6. ^ شوباك، محمود ح. (2019). "النظام التكنولوجي للإنتاج والابتكار: حالة تكنولوجيا الطاقة الكهروضوئية في الصين". سياسة البحث . 48 (4): 993-1015. doi :10.1016/j.respol.2018.10.003. S2CID  158742469.
  7. ^ شبكة سياسة الطاقة المتجددة للقرن الحادي والعشرين (REN21)، تقرير الحالة العالمية للطاقة المتجددة 2010، أرشيف 13 سبتمبر 2014 على موقع واي باك مشين ، باريس، 2010، ص 1-80.
  8. ^ "تقرير الطاقة الكهروضوئية" (PDF) . معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية . 16 سبتمبر 2020. ص. 4.
  9. ^ "الطاقة المتجددة 2019". وكالة الطاقة الدولية. 21 أكتوبر 2019. تم استرجاعه في 26 يناير 2020 .
  10. ^ "كهرماء وسراج للطاقة توقعان اتفاقيات مشروع محطة الخرسعة للطاقة الشمسية الكهروضوئية". المؤسسة العامة القطرية للكهرباء والماء "كهرماء". 20 يناير 2020 . استرجاع 26 يناير 2020 .
  11. ^ سونيل براساد لوهاني، أندرو بلاكرز: 100% طاقة متجددة مع تخزين الطاقة الكهرومائية المضخوخة في نيبال . في: الطاقة النظيفة 5، 2، 2021، 243-253، doi :10.1093/ce/zkab011.
  12. ^ سمي، ألفريد (1849). عناصر علم الأحياء الكهربائية: أو الآلية الفولتية للإنسان؛ وعلم الأمراض الكهربائية، وخاصة الجهاز العصبي؛ والعلاجات الكهربائية. لندن: لونجمان، براون، جرين، ولونجمان. ص 15.
  13. ^ بالز، ولفجانج (21 أكتوبر 2013). الطاقة الشمسية للعالم: ما أردت أن تعرفه عن الخلايا الكهروضوئية. دار نشر سي آر سي. رقم ISBN 978-981-4411-87-5.
  14. ^ نوغوتشي، ماسا. "عدد تركيبات الطاقة الشمسية الكهروضوئية السكنية في اليابان: 1994-2003".
  15. ^ تأثير الطاقة الكهروضوئية محفوظ في 14 يوليو 2011 على موقع Wayback Machine . Mrsolar.com. تم استرجاعه في 12 ديسمبر 2010
  16. ^ التأثير الكهروضوئي محفوظ في 12 أكتوبر 2010 على موقع واي باك مشين . Encyclobeamia.solarbotics.net. تم استرجاعه في 12 ديسمبر 2010.
  17. ^ جاكوبسون، مارك ز. (2009). "مراجعة الحلول للاحتباس الحراري العالمي وتلوث الهواء وأمن الطاقة". الطاقة والعلوم البيئية . 2 (2): 148-173. Bibcode :2009GeCAS..73R.581J. CiteSeerX 10.1.1.180.4676 . doi :10.1039/B809990C. 
  18. ^ سوق الطاقة الكهروضوئية في ألمانيا. Solarbuzz.com. تم الاسترجاع في 3 يونيو 2012.
  19. ^ BP Solar to Expand Its Solar Cell Plants in Spain and India [usurped] . Renewableenergyaccess.com. 23 مارس 2007. تم الاسترجاع في 3 يونيو 2012.
  20. ^ بوليس، كيفن (23 يونيو 2006). الكهرباء الشمسية الرخيصة على نطاق واسع. Technologyreview.com. تم الاسترجاع في 3 يونيو 2012.
  21. ^ لوك، أنطونيو وهيجيدوس، ستيفن (2003). دليل العلوم والهندسة الكهروضوئية. جون وايلي وأولاده. رقم ISBN 978-0-471-49196-5.
  22. ^ حاسبة الطاقة الشمسية PVWatts تم استرجاعها في 7 سبتمبر 2012
  23. ^ ماساتشوستس: سوق جيدة للطاقة الشمسية أرشيف 12 سبتمبر 2012 على موقع واي باك مشين . Remenergyco.com. تم الاسترجاع في 31 مايو 2013.
  24. ^ ab Kannan, Nadarajah; Vakeesan, Divagar (1 سبتمبر 2016). "الطاقة الشمسية لعالم المستقبل: - مراجعة". مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 62 : 1092–1105. doi :10.1016/j.rser.2016.05.022. ISSN  1364-0321.
  25. ^ Köberle, Alexandre C.; Gernaat, David EHJ; van Vuuren, Detlef P. (1 September 2015). "تقييم الإمكانات التقنية والاقتصادية الحالية والمستقبلية للطاقة الشمسية المركزة وتوليد الكهرباء الكهروضوئية". الطاقة . 89 : 739–756. Bibcode :2015Ene....89..739K. doi :10.1016/j.energy.2015.05.145. hdl : 1874/319865 . ISSN  0360-5442. S2CID  108996432.
  26. ^ ab بيلي روبرتس (20 أكتوبر 2008). "موارد الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الولايات المتحدة". المختبر الوطني للطاقة المتجددة . تم الاسترجاع في 17 أبريل 2017 .
  27. ^ ديفيد جيه سي ماكاي . "الطاقة المستدامة - بدون الهواء الساخن". inference.org.uk . تم الاسترجاع في 20 نوفمبر 2017. الخلايا الشمسية الكهروضوئية: بيانات من صفيف 25 مترًا مربعًا في كامبريدجشاير في عام 2006
  28. ^ ab Kumar, Ankush (3 يناير 2017). "التنبؤ بكفاءة الخلايا الشمسية بناءً على أقطاب كهربائية شفافة موصلة". مجلة الفيزياء التطبيقية . 121 (1): 014502. Bibcode :2017JAP...121a4502K. doi :10.1063/1.4973117. ISSN  0021-8979.
  29. ^ "أساسيات كفاءة تحويل الخلايا الكهروضوئية". وزارة الطاقة الأمريكية . تم الاسترجاع في 6 سبتمبر 2014 .
  30. ^ شيجولا ، باتريك. بيوتل، بول؛ هيكلمان، ستيفان؛ هوهن، أوليفر. كليتزكي، مالطا؛ شون، جوناس. أوليفا، إدوارد؛ بريدان، فيليكس. شاختنر، مايكل. سيفر، جيرالد. هيلمرز، هينينج؛ ديمروث، فرانك. لاكنر، ديفيد (2022). خلية شمسية رباعية الوصلات بكفاءة تحويل تصل إلى 47.6% تحت التركيز. المؤتمر الدولي لمرحلة البخار العضوي المعدني 2022.
  31. ^ جيز، جون ف.؛ فرنسا، ريان م.؛ شولتي، كيفن ل.؛ شتاينر، مايلز أ.؛ نورمان، أندرو ج.؛ جوثري، هارفي ل.؛ يونغ، ماثيو ر.؛ سونغ، تاو؛ موريارتي، توماس (أبريل 2020). "خلايا شمسية سداسية الوصلات من النوع III-V بكفاءة تحويل 47.1% تحت تركيز 143 شمسًا". طاقة الطبيعة . 5 (4): 326-335. رمز Bibcode : 2020NatEn...5..326G. doi : 10.1038/s41560-020-0598-5. ISSN  2058-7546. OSTI  1659948. S2CID  216289881.
  32. ^ أوزديمير، ديريا (20 مايو 2022). "العلماء حطموا الرقم القياسي لأعلى خلية شمسية كفاءة". interestingengineering.com . تم الاسترجاع في 7 أغسطس 2023 .
  33. ^ فرنسا، ريان م.؛ جيز، جون ف.؛ سونغ، تاو؛ أولافاريا، والدو؛ يونغ، ميشيل؛ كيبلر، آلان؛ شتاينر، مايلز أ. (18 مايو 2022). "خلايا شمسية ثلاثية الوصلات بكفاءة أرضية 39.5% ومساحة 34.2% ممكّنة بواسطة شبكات فائقة البئر الكمومية السميكة". جول . 6 (5): 1121-1135. arXiv : 2203.15593 . doi :10.1016/j.joule.2022.04.024. ISSN  2542-4351. S2CID  247778421.
  34. ^ Dunlop, James P. (2012). Photovoltaic systems . National Joint Apprenticeship and Training Committee for the Electrical Industry (3rd ed.). Orland Park, IL: American Technical Publishers, Inc. ISBN 978-1-935941-05-7. OCLC  828685287.
  35. ^ Bowden, Stuart; Honsberg, Christiana. "Bypass Diodes". Photovoltaic Education . تم الاسترجاع في 29 يونيو 2021 .
  36. ^ "جهد الدائرة المفتوحة (البطارية)". مدرسة الكهرباء . 13 يونيو 2018. تم الاسترجاع في 30 يونيو 2021 .
  37. ^ "نشرة حقائق حول سلسلة REC Alpha Black" (PDF) .
  38. ^ "TSM PC/PM14 Datasheet" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 29 أكتوبر 2013 . تم الاسترجاع 4 يونيو 2012 .
  39. ^ "LBS Poly 260 275 Data sheet" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 9 يناير 2019 . تم الاسترجاع 9 يناير 2018 .
  40. ^ Piliougine, M.; Oukaja, A.; Sidrach-de-Cardona, M.; Spagnuolo, G. (2021). معاملات درجة الحرارة لوحدات الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السليكون البلوري المتدهور في الظروف الخارجية . المجلد 29. ص 558-570. doi :10.1002/pip.3396. S2CID  233976803. {{cite book}}: |work=تم تجاهله ( مساعدة )
  41. ^ "هل تتأثر الألواح الشمسية بالطقس؟ - Energy Informative". Energy Informative . تم الاسترجاع في 14 مارس 2018 .
  42. ^ "التدهور المحتمل الناجم عن Solarplaza: مكافحة التهديد الوهمي". www.solarplaza.com . تم الاسترجاع في 4 سبتمبر 2017 .
  43. ^ (www.inspire.cz)، INSPIRE CZ sro "ما هو PID؟ — eicero". eicero.com . مؤرشف من الأصل في 4 سبتمبر 2017 . تم الاسترجاع 4 سبتمبر 2017 .
  44. ^ "كيف تعمل الخلايا الشمسية". HowStuffWorks . أبريل 2000. تم الاسترجاع في 9 ديسمبر 2015 .
  45. ^ "الترابط في المعادن وأشباه الموصلات". 2012books.lardbucket.org . تم الاسترجاع في 9 ديسمبر 2015 .
  46. ^ Piliougine, M.; Oukaja, A.; Sánchez-Friera, P.; Petrone, G.; Sánchez-Pacheco, JF; Spagnuolo, G.; Sidrach-de-Cardona, M. (2021). "تحليل تدهور وحدات السيليكون أحادية البلورة بعد 21 عامًا من التشغيل". التقدم في الخلايا الكهروضوئية: البحث والتطبيقات . التقدم في الخلايا الكهروضوئية. 29 (8): 907-919. doi :10.1002/pip.3409. hdl : 10630/29057 . S2CID  234831264.
  47. ^ Piliougine, M.; Oukaja, A.; Sidrach-de-Cardona, M.; Spagnuolo, G. (2022). "تحليل تدهور الوحدات النمطية القائمة على السيليكون غير المتبلور بعد 11 عامًا من التعرض عن طريق الإجراء 3 من IEC60891:2021". التقدم في الخلايا الكهروضوئية: البحث والتطبيقات . التقدم في الخلايا الكهروضوئية. 30 (10): 1176-1187. doi :10.1002/pip.3567. hdl : 10630/24064 . S2CID  248487635.
  48. ^ بيليوجيني، م. سانشيز فرييرا، P.؛ بترون، ج.؛ سانشيز باتشيكو، JF؛ سبانيولو، ج.؛ سيدراش دي كاردونا، م. (2022). "نموذج جديد لدراسة التدهور الخارجي للوحدات الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة". الطاقة المتجددة . 193 : 857-869. بيب كود :2022REne..193..857P. دوى :10.1016/j.renene.2022.05.063. اتش دي ال : 10630/29061 . S2CID  248926054.
  49. ^ بلاتزر، مايكل (27 يناير 2015). "تصنيع الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الولايات المتحدة: اتجاهات الصناعة، والمنافسة العالمية، والدعم الفيدرالي". خدمة أبحاث الكونجرس .
  50. ^ "كيف تصنع الخلايا الكهروضوئية". www.fsec.ucf.edu . تم الاسترجاع في 5 نوفمبر 2015 .
  51. ^ "هل نحن متجهون نحو أزمة نفايات الطاقة الشمسية؟". Environmentalprogress.org . 21 يونيو 2017 . تم الاسترجاع في 30 ديسمبر 2017 .
  52. ^ ab Fthenakis, VM, Kim, HC & Alsema, E. (2008). "انبعاثات من دورات حياة الخلايا الكهروضوئية". العلوم البيئية والتكنولوجيا . 42 (6): 2168–2174. Bibcode :2008EnST...42.2168F. doi :10.1021/es071763q. hdl : 1874/32964 . PMID  18409654. S2CID  20850468.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  53. ^ abcdef Collier, J., Wu, S. & Apul, D. (2014). "التأثيرات البيئية لدورة الحياة من الخلايا الكهروضوئية الرقيقة المكونة من CZTS (كبريتيد النحاس والزنك والقصدير) وZn 3 P 2 (فوسفيد الزنك). الطاقة . 74 : 314–321. رمز Bibcode :2014Ene....74..314C. doi :10.1016/j.energy.2014.06.076.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  54. ^ abcde "تحليل كفاءة الطاقة للخلايا الكهروضوئية في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون" (PDF) . clca.columbia.edu . 31 مايو 2009. مؤرشف من الأصل (PDF) في 25 مارس 2015.
  55. ^ abcd "تقرير الطاقة الكهروضوئية" (PDF) . معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية . 16 سبتمبر 2020. ص 36، 43، 46.
  56. ^ ab Anctil, A., Babbitt, CW, Raffaelle, RP & Landi, BJ (2013). "الطلب التراكمي على الطاقة للخلايا الكهروضوئية الجزيئية الصغيرة والبوليمرية". التقدم في الخلايا الكهروضوئية: البحث والتطبيقات . 21 (7): 1541–1554. doi :10.1002/pip.2226. S2CID  94279905.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  57. ^ إيبون جالاراجا، م. جونزاليس إيجوينو، أنيل ماركانديا (1 يناير 2011). دليل الطاقة المستدامة. إدوارد الجار للنشر. ص. 37. ردمك 978-0-85793-638-7تم الاسترجاع في 9 مايو 2017 – عبر كتب Google.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  58. ^ ab Bhandari, KP, Collier, JM, Ellingson, RJ & Apul, DS (2015). "Energy payback time (EPBT) and energy return on energy invested (EROI) of solar photovoltaic systems: A systematic review and meta-analysis". مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 47 : 133–141. رمز Bibcode :2015RSERv..47..133B. doi :10.1016/j.rser.2015.02.057.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  59. ^ "تحليل كفاءة الطاقة للخلايا الكهروضوئية في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون". جامعة بورتسموث. 31 مايو 2009. مؤرشف من الأصل في 25 مارس 2015. مقارنة وقت استرداد الطاقة للخلايا الكهروضوئية (Alsema، Frankl، Kato، 1998، ص 5
  60. ^ ماركو راوجي؛ بير فولانا-اي-بالمر؛ فاسيليس فثيناكيس (مارس 2012). "عائد الطاقة على الاستثمار في الطاقة (EROI) للطاقة الكهروضوئية: المنهجية والمقارنات مع دورات حياة الوقود الأحفوري" (PDF) . www.bnl.gov/ . مؤرشف من الأصل (PDF) في 8 مارس 2016.
  61. ^ فاسيليس فثيناكيس؛ رولف فريشكنشت؛ ماركو راوجي؛ هيونج تشول كيم؛ إريك ألسيما؛ مايكل هيلد؛ ماريسكا دي وايلد-شولتن (نوفمبر 2011). "المبادئ التوجيهية المنهجية لتقييم دورة حياة الكهرباء الكهروضوئية" (PDF) . www.iea-pvps.org/ . IEA-PVPS. ص 8-10. مؤرشف من الأصل (PDF) في 24 سبتمبر 2015.
  62. ^ "Production Process of Silicon". www.simcoa.com.au . Simcoa Operations. مؤرشف من الأصل في 19 يونيو 2014 . تم الاسترجاع في 17 سبتمبر 2014 .
  63. ^ "الوصول إلى خسارة الشق أقل من 100 ميكرومتر من خلال التحسينات" (PDF) . Fraunhofer ISE، المؤتمر والمعرض الأوروبي الرابع والعشرون للطاقة الشمسية الكهروضوئية. سبتمبر 2009.
  64. ^ “إعادة تدوير فقدان شق السيليكون”. HZDR - هيلمهولتز-زينتروم دريسدن-روسندورف. 4 أبريل 2014.
  65. ^ "تقييم دورة حياة إنتاج الكهرباء الكهروضوئية في المستقبل من الأنظمة السكنية التي يتم تشغيلها في أوروبا". IEA-PVPS. 13 مارس 2015.
  66. ^ دورة حياة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من الخلايا الشمسية الكهروضوئية، المختبر الوطني للطاقة المتجددة، وزارة الطاقة الأمريكية، 2012، 1-2.
  67. ^ ab Krebs, FC (2009). "تصنيع ومعالجة الخلايا الشمسية البوليمرية: مراجعة لتقنيات الطباعة والطلاء". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 93 (4): 394-412. Bibcode :2009SEMSC..93..394K. doi :10.1016/j.solmat.2008.10.004.
  68. ^ ab Yue D.; You F.; Darling SB (2014). "سيناريوهات التصنيع المحلية والخارجية للخلايا الكهروضوئية القائمة على السيليكون: تحليل مقارن لدورة حياة الطاقة والبيئة". الطاقة الشمسية . 105 : 669–678. Bibcode :2014SoEn..105..669Y. doi :10.1016/j.solener.2014.04.008.
  69. ^ Gaidajis, G. & Angelakoglou, K. (2012). "الأداء البيئي لأنظمة الطاقة المتجددة مع تطبيق تقييم دورة الحياة: دراسة حالة وحدة ضوئية متعددة السليكون". الهندسة المدنية والأنظمة البيئية . 29 (4): 231-238. Bibcode :2012CEES...29..231G. doi :10.1080/10286608.2012.710608. S2CID  110058349.
  70. ^ تقرير الطاقة الكهروضوئية. (معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية، ISE، 2015).
  71. ^ ab Goe, M. & Gaustad, G. (2014). "تعزيز قضية إعادة تدوير الخلايا الكهروضوئية: تحليل استرداد الطاقة". Applied Energy . 120 : 41–48. Bibcode :2014ApEn..120...41G. doi :10.1016/j.apenergy.2014.01.036.
  72. ^ براون، جي إف وو، جيه. (2009). "الجيل الثالث من الخلايا الكهروضوئية". مراجعات الليزر والفوتونيات . 3 (4): 394-405. رمز Bibcode :2009LPRv....3..394B. doi :10.1002/lpor.200810039. S2CID  13179665.
  73. ^ ab Celik, I., Mason, BE, Phillips, AB, Heben, MJ, & Apul, DS (2017). التأثيرات البيئية من الخلايا الشمسية الكهروضوئية المصنوعة من أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار. العلوم والتكنولوجيا البيئية.
  74. ^ Agboola, AE تطوير وصياغة نموذج لعمليات أنابيب الكربون النانوية القابلة للتطوير: نماذج عملية HiPCO وCoMoCAT؛ جامعة ولاية لويزيانا، 2005.
  75. ^ Wadia, C., Alivisatos, AP & Kammen, DM (2009). "توفر المواد يوسع من فرص نشر الطاقة الكهروضوئية على نطاق واسع". العلوم البيئية والتكنولوجيا . 43 (6): 2072–2077. Bibcode :2009EnST...43.2072W. doi :10.1021/es8019534. PMID  19368216.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  76. ^ الحربي، فهد؛ باس، جون د؛ صالحي، عبد المجيد؛ اليماني، أحمد؛ كيم، هو-تشيول؛ ميلر، روبرت د. (2011). "مواد وفيرة غير سامة للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة: بديل للمواد التقليدية". الطاقة المتجددة . 36 (10): 2753-2758. رمز Bibcode :2011REne...36.2753A. doi :10.1016/j.renene.2011.03.010.
  77. ^ "مستويات الإشعاع الشمسي (أوروبا)". Apricus Solar. مؤرشف من الأصل في 17 أبريل 2012. تم الاسترجاع في 14 أبريل 2012 .
  78. ^ انخفاض تكاليف الطاقة المتجددة في عام 2009 رويترز، 23 نوفمبر 2009.
  79. ^ الطاقة الشمسية أرخص بنسبة 50% بحلول نهاية العام – تحليل. رويترز ، 24 نوفمبر 2009.
  80. ^ أ. هاريس، أرنو (31 أغسطس/آب 2011). "بصيص أمل في انخفاض أسعار الطاقة الشمسية". عالم الطاقة المتجددة .
  81. ^ تكاليف توليد الطاقة المتجددة في عام 2019. أبو ظبي: الوكالة الدولية للطاقة المتجددة. 2020. ISBN 978-92-9260-244-4.
  82. ^ "أسعار الألواح الشمسية (الضوئية) مقابل القدرة التراكمية". OurWorldInData.org . 2023. مؤرشف من الأصل في 29 سبتمبر 2023.تنسب منظمة OWID بيانات المصدر إلى: Nemet (2009)؛ Farmer & Lafond (2016)؛ الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA).
  83. ^ abc "Sunny Uplands: Alternative energy will no longer be alternative". The Economist. 21 نوفمبر 2012. تم الاسترجاع في 28 ديسمبر 2012 .
  84. ^ أ ب كوغين، جون (3 يناير 2012). "نهاية النهضة النووية". المصلحة الوطنية .
  85. ^ ab Wells, Ken (25 October 2012). "Solar Energy Is Ready. The US Isn't". Bloomberg Businessweek . مؤرشف من الأصل في 27 أكتوبر 2012 . تم الاسترجاع في 1 نوفمبر 2012 .
  86. ^ تكاليف وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية ستنخفض إلى 36 سنتًا لكل واط بحلول عام 2017. Greentechmedia.com (2013-06-18). تم الاسترجاع في 2015-04-15.
  87. ^ ab Alafita, T.; Pearce, JM (2014). "تحويل الأصول الشمسية الكهروضوئية السكنية إلى أوراق مالية: التكاليف والمخاطر وعدم اليقين". Energy Policy . 67 : 488–498. Bibcode :2014EnPol..67..488A. doi :10.1016/j.enpol.2013.12.045. S2CID  11079398.
  88. ^ ليبرايش، مايكل (29 يناير 2014). "عام من تحطيم الجليد: 10 تنبؤات لعام 2014". بلومبرج لتمويل الطاقة الجديدة . تم الاسترجاع في 24 أبريل 2014 .
  89. ^ "توقعات 2014: لنبدأ الاندفاع الثاني نحو الذهب" (PDF) . أبحاث أسواق دويتشه بنك. 6 يناير 2014. مؤرشف من الأصل (PDF) في 29 نوفمبر 2014. تم استرجاعه في 22 نوفمبر 2014 .
  90. ^ كروكس، إد (5 أبريل 2024). "نمو الطاقة الشمسية في الصين يؤدي إلى انخفاض أسعار الوحدات". وود ماكنزي . تم الاسترجاع في 12 يوليو 2024 .
  91. ^ abcd Branker, K.; Pathak, MJM; Pearce, JM (2011). "A Review of Solar Photovoltaic Levelized Cost of Electricity". مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 15 (9): 4470–4482. Bibcode :2011RSERv..15.4470B. doi :10.1016/j.rser.2011.07.104. hdl : 1974/6879 . S2CID  73523633.
  92. ^ "استثمارات الطاقة المتجددة تحطم الأرقام القياسية". عالم الطاقة المتجددة . 29 أغسطس 2011.
  93. ^ هوكينوس، بول (10 فبراير 2021). "هل تنتج ألمانيا الكثير من الطاقة المتجددة؟". السياسة الخارجية . تم الاسترجاع في 7 مارس 2021 .
  94. ^ ab Nancy M. Haegel (2017). "الطاقة الكهروضوئية بمقياس التيراواط: المسارات والتحديات". Science . 356 (6334): 141–143. Bibcode :2017Sci...356..141H. doi :10.1126/science.aal1288. hdl : 10945/57762 . OSTI  1352502. PMID  28408563. S2CID  206654326.
  95. ^ Adeh, Elnaz H.; Good, Stephen P.; Calaf, M.; Higgins, Chad W. (7 أغسطس 2019). "إمكانات الطاقة الشمسية الكهروضوئية أعظم من الأراضي الزراعية". التقارير العلمية . 9 (1): 11442. Bibcode :2019NatSR...911442A. doi : 10.1038/s41598-019-47803-3 . ISSN  2045-2322. PMC 6685942. PMID 31391497  . 
  96. ^ ترومسدروف، ماكسيميليان (2016). "تحليل اقتصادي للطاقة الشمسية الكهروضوئية: الفرص والمخاطر والاستراتيجيات نحو استخدام أكثر كفاءة للأراضي" (PDF) . أوراق عمل شبكة الاقتصاد الدستوري .
  97. ^ لودر، ت.، ومندلسون، م. (2013). إمكانات التوريق في تمويل الطاقة الشمسية الكهروضوئية . [ الصفحة المطلوبة ]
  98. ^ "الصفقة المنجزة: أول عملية تحويل أصول الطاقة الشمسية إلى أوراق مالية". فوربس . 21 نوفمبر 2013
  99. ^ مطر، وليد؛ أنور، مراد (2017). "إصلاح أسعار الوقود الصناعي والكهرباء السكنية في المملكة العربية السعودية بشكل مشترك". سياسة الطاقة . 109 : 747-756. رمز Bibcode :2017EnPol.109..747M. doi : 10.1016/j.enpol.2017.07.060 .
  100. ^ تقييم صادق من قبل شركات المرافق للطاقة الشمسية في إمدادات الكهرباء. Greentechmedia.com (7 مايو 2012). تم الاسترجاع في 31 مايو 2013.
  101. ^ سترازا؛ شنيجانز (11 يونيو 2021). هل نستخدم العلم لتحقيق تنمية أكثر ذكاءً؟. باريس: اليونسكو. ISBN 978-92-3-100450-6.
  102. ^ "نظرة عامة على أسواق الطاقة الكهروضوئية العالمية 2017" (PDF) . تقرير . وكالة الطاقة الدولية. 19 أبريل 2017. تم استرجاعه في 11 يوليو 2017 .
  103. ^ "Snapshot of Global PV 1992–2014" (PDF) . الوكالة الدولية للطاقة - برنامج أنظمة الطاقة الكهروضوئية. 30 مارس 2015. مؤرشف من الأصل في 7 أبريل 2015.
  104. ^ "الطاقة المتجددة 2011: تقرير الحالة العالمية". REN21 . 2011. ص 22. مؤرشف من الأصل في 13 سبتمبر 2014. تم استرجاعه في 31 مايو 2013 .
  105. ^ "Snapshot 2020". IEA-PVPS . 20 أبريل 2020.
  106. ^ abcd Do, Thang Nam; Burke, Paul J.; Baldwin, Kenneth GH; Nguyen, Chinh The (1 سبتمبر 2020). "الدوافع والحواجز الأساسية لانتشار الخلايا الكهروضوئية الشمسية: حالة فيتنام". سياسة الطاقة . 144 : 111561. رمز Bibcode : 2020EnPol.14411561D. doi : 10.1016/j.enpol.2020.111561. hdl : 1885/206307 . ISSN  0301-4215. S2CID  225245522.
  107. ^ "الصين ستضيف 55-65 جيجاوات من الطاقة الشمسية في عام 2021 - هيئة صناعية". رويترز . 23 يوليو 2021. تم الاسترجاع 15 أكتوبر 2022 .
  108. ^ من "Snapshot 2020 – IEA-PVPS". iea-pvps.org . 20 أبريل 2020 . تم الاسترجاع في 10 مايو 2020 .
  109. ^ الطاقة الشمسية الكهروضوئية وتمكين العالم أرشيف 22 أغسطس 2012 على موقع واي باك مشين . Epi.org (22 سبتمبر 2012). تم الاسترجاع في 31 مايو 2013.
  110. ^ Haugan, HJ; Elhamri, S.; Szmulowicz, F.; Ullrich, B.; Brown, GJ; Mitchel, WC (2008). "دراسة ناقلات الخلفية المتبقية في الشبكات الفائقة InAs/GaSb في الأشعة تحت الحمراء المتوسطة للعمل مع الكاشف غير المبرد". رسائل الفيزياء التطبيقية . 92 (7): 071102. رمز Bibcode :2008ApPhL..92g1102H. doi :10.1063/1.2884264. S2CID  39187771.
  111. ^ "Solar PV Modules". www.targray.com . تم الاسترجاع في 3 أكتوبر 2018 .
  112. ^ Kosasih, Felix Utama; Rakocevic, Lucija; Aernouts, Tom; Poortmans, Jef; Ducati, Caterina (11 ديسمبر 2019). "توصيف المجهر الإلكتروني لخطوط P3 وتحلل البيروفسكايت الناتج عن النقش بالليزر في وحدات البيروفسكايت الشمسية". ACS Applied Materials & Interfaces . 11 (49): 45646–45655. doi :10.1021/acsami.9b15520. PMID  31663326. S2CID  204967452.
  113. ^ دي جياكومو، فرانشيسكو؛ كاستريوتا، لويجي أ. كوساسيه، فيليكس يو؛ دي جيرولامو، دييغو؛ دوكاتي، كاترينا؛ دي كارلو ، ألدو (20 ديسمبر 2020). “رفع مستوى خلايا البيروفسكايت الشمسية المقلوبة: تحسين الكتابة بالليزر لوحدات صغيرة عالية الكفاءة”. الآلات الدقيقة . 11 (12): 1127. دوى : 10.3390/mi11121127 . بمك 7767295 . بميد  33419276. 
  114. ^ أب ماتيوتشي ، فابيو. فيسي، لويجي؛ كوساسيه، فيليكس أوتاما؛ كاستريوتا، لويجي أنجيلو؛ كاكوفيتش، ستيفانيا؛ بالما، أليساندرو لورينزو؛ ديفيتيني، جورجيو؛ دوكاتي، كاترينا؛ دي كارلو، ألدو (17 يوليو 2019). “التصنيع والتوصيف المورفولوجي لوحدات البيروفسكايت الشمسية ذات الكفاءة العالية والمغلفة بالشفرات”. المواد والواجهات التطبيقية لـ ACS . 11 (28): 25195-25204. دوى :10.1021/acsami.9b05730. بميد  31268662. S2CID  206497286.
  115. ^ "الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة". www.fsec.ucf.edu . تم الاسترجاع في 5 نوفمبر 2015 .
  116. ^ أفضل كفاءة لخلايا البحث. nrel.gov (16 سبتمبر 2019). تم الاسترجاع في 31 أكتوبر 2019.
  117. ^ Eisenberg, DA, Yu, M., Lam, CW, Ogunseitan, OA & Schoenung, JM (2013). "تقييم المواد البديلة المقارنة لفحص مخاطر السمية في دورة حياة الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة CIGS". مجلة المواد الخطرة . 260 : 534–542. رمز Bibcode : 2013JHzM..260..534E. doi : 10.1016/j.jhazmat.2013.06.007. PMID  23811631. S2CID  26540719.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  118. ^ كيم، إتش سي، وفثيناكيس، في، وتشوي، جيه كيه، وتورني، دي إي (2012). "انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في دورة حياة توليد الكهرباء من الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة". مجلة علم البيئة الصناعية . 16 : S110–S121. doi : 10.1111/j.1530-9290.2011.00423.x . S2CID  153386434.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  119. ^ فيرنر، يورغن هـ.؛ زابف-جوتويك، ر.؛ كوخ، م.؛ فيشر، ك. (2011). المواد السامة في الوحدات الكهروضوئية . وقائع المؤتمر الدولي الحادي والعشرين للعلوم والهندسة الكهروضوئية. المجلد 28. فوكوكا، اليابان.
  120. ^ ab Manser, Joseph S.; Christians, Jeffrey A.; Kamat, Prashant V. (2016). "Intriguing Optoelectronic Properties of Metal Halide Perovskites". مراجعات كيميائية . 116 (21): 12956–13008. doi : 10.1021/acs.chemrev.6b00136 . PMID  27327168.
  121. ^ هامرز، لوريل (26 يوليو 2017). "البيروفسكايت يعزز صناعة الطاقة الشمسية". أخبار العلوم .
  122. ^ كوجيما ، أكيهيرو. تيشيما، كينجيرو؛ شيراي، ياسو؛ مياساكا ، تسوتومو (6 مايو 2009). “بيروفسكايت الهاليد العضوي كمحسسات للضوء المرئي للخلايا الكهروضوئية”. مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 131 (17): 6050-6051. دوى :10.1021/ja809598r. بميد  19366264.
  123. ^ "أفضل كفاءة لخلايا البحث" (PDF) . المختبر الوطني للطاقة المتجددة . 30 يونيو 2022. مؤرشف من الأصل (PDF) في 3 أغسطس 2022. تم الاسترجاع 12 يوليو 2022 .
  124. ^ مين هانول. لي، دو يون؛ كيم جونو. كيم جويسو. لي، كيونغ سو؛ كيم، جونغبيوم؛ بايك، مين جاي؛ كيم، يونغ كي؛ كيم، كوانغ س.؛ كيم، مين جيو؛ شين، تاي جو؛ إل سيوك ، سانغ (21 أكتوبر 2021). “خلايا البيروفسكايت الشمسية ذات الطبقات البينية المتماسكة ذريًا على أقطاب SnO2”. طبيعة . 598 (7881): 444-450. بيب كود :2021Natur.598..444M. دوى :10.1038/s41586-021-03964-8. بميد  34671136. S2CID  239052065.
  125. ^ مركز هيلمهولتز برلين للمواد والطاقة. “الرقم القياسي العالمي مرة أخرى في HZB: ما يقرب من 30٪ من كفاءة الخلايا الشمسية الترادفية من الجيل التالي”. موقع HZB .
  126. ^ صن، كاي؛ وانغ، يانيان؛ شو، هاويوان؛ تشانغ، جينغ؛ تشو، يوجين؛ هو، زيانج (2019). "الاستقرار قصير المدى لخلايا الطاقة الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت المتأثرة بتعديل الواجهة في الموقع". مجلة الطاقة الشمسية RRL . 3 (9): 1900089. doi :10.1002/solr.201900089. S2CID  202229877.
  127. ^ Goodson, Flynt (2014). "خلايا شمسية مصبوغة متعددة الألوان فائقة الجزيئات". مؤرشفة من الأصل في 9 ديسمبر 2022. {{cite journal}}: تتطلب المجلة الاستشهاد بها |journal=( مساعدة )
  128. ^ فريتاج ، مارينا. توشر، جويل. سايجلي، ياسمين؛ تشانغ، شياو يو. جيوردانو، فابريزيو؛ ليسكا، بول؛ هوا، جيانلي؛ ذاكر الدين، شيخ م.؛ موسر، جاك E.؛ جراتزل، مايكل. هاغفيلدت، أندرس (17 يونيو 2017). “الخلايا الشمسية الحساسة للصبغ لتوليد الطاقة بكفاءة في ظل الإضاءة المحيطة”. الضوئيات الطبيعة . 11 (6): 372-378. بيب كود :2017NaPho..11..372F. دوى :10.1038/nphoton.2017.60. S2CID  10780585 – عبر www.nature.com.
  129. ^ راجا، سونيا ر.؛ فابريجات ​​سانتياجو، فرانسيسكو (23 يناير 2013). "تأثيرات درجة الحرارة في الخلايا الشمسية المصبوغة بالصبغة". الكيمياء الفيزيائية الفيزياء الكيميائية . 15 (7): 2328-2336. رمز Bibcode :2013PCCP...15.2328R. doi :10.1039/C2CP43220J. PMID  23295858 – عبر pubs.rsc.org.
  130. ^ نيكولايدو، كاترينا؛ سارانج، سوم؛ غوش ، سايانتاني (2019). “الخلايا الكهروضوئية النانوية”. العقود الآجلة للنانو . 3 (1): 012002. بيب كود :2019NanoF...3a2002N. دوى :10.1088/2399-1984/ab02b5. S2CID  162176556.
  131. ^ دوس ريس بيناتو، جيزيل أ. روث، بيرينجر. مادسن، مورتن V.؛ هوسل، ماركوس. سوندرجارد، رور ر؛ يورجنسن، ميكيل. كريبس، فريدريك سي. (2014). “الكربون: اختيار القطب الكهربائي النهائي للخلايا الشمسية البوليمرية الموزعة على نطاق واسع”. مواد الطاقة المتقدمة . 4 (15): غير متاح. بيب كود :2014AdEnM...400732D. دوى :10.1002/aenm.201400732. S2CID  96990654.
  132. ^ لاتانتي، ساندرو (2014). "طبقات نقل الإلكترونات والثقوب: استخدامها في الخلايا الشمسية البوليمرية المقلوبة غير المتجانسة". إلكترونيات . 3 : 132-164. doi : 10.3390/electronics3010132 .
  133. ^ ab Krebs, Frederik C.; Jørgensen, Mikkel (2013). "الخلايا الشمسية البوليمرية والعضوية التي يُنظر إليها على أنها تقنيات أغشية رقيقة: ما الذي يتطلبه الأمر حتى تصبح ناجحة خارج الأوساط الأكاديمية". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 119 : 73–76. Bibcode :2013SEMSC.119...73K. doi :10.1016/j.solmat.2013.05.032.
  134. ^ Espinosa, Nieves; García-Valverde, Rafael; Urbina, Antonio; Krebs, Frederik C. (2011). "تحليل دورة حياة وحدات الخلايا الشمسية البوليمرية المحضرة باستخدام طرق اللفة إلى اللفة في ظل الظروف المحيطة". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 95 (5): 1293-1302. Bibcode :2011SEMSC..95.1293E. doi :10.1016/j.solmat.2010.08.020.
  135. ^ Espinosa, Nieves; Lenzmann, Frank O.; Ryley, Stephen; Angmo, Dechan; Hösel, Markus; Søndergaard, Roar R.; Huss, Dennis; Dafinger, Simone; Gritsch, Stefan; Kroon, Jan M.; Jørgensen, Mikkel; Krebs, Frederik C. (2013). "خلايا شمسية بوليمرية خالية من الإنديوم والفضة معالجة من لفة إلى لفة من خلال تحليل دورة الحياة والتكلفة وجودة الطبقة باستخدام أدوات التفتيش البصرية والوظيفية المضمنة". مجلة كيمياء المواد أ . 1 (24): 7037. doi :10.1039/C3TA01611K.
  136. ^ جارسيا فالفيردي، ر.؛ ميغيل، س.؛ مارتينيز بيجار، ر.؛ أوربينا، أ. (2009). "دراسة تقييم دورة حياة نظام كهروضوئي مستقل بقوة 4.2 كيلو وات ". الطاقة الشمسية . 83 (9): 1434-1445. رمز Bibcode :2009SoEn...83.1434G. doi :10.1016/j.solener.2009.03.012.
  137. ^ باور، توماس (2011). الخلايا الكهروضوئية الحرارية. الطاقة الخضراء والتكنولوجيا. doi :10.1007/978-3-642-19965-3. ISBN 978-3-642-19964-6.
  138. ^ GE Invests, Delivers One of World's Largest Solar Power Plants. Huliq.com (12 أبريل 2007). تم الاسترجاع في 3 يونيو 2012.
  139. ^ مصنع نبيذ يستخدم الطاقة الشمسية مع "الطاقة الشمسية العائمة". SFGate (29 مايو 2008). تم الاسترجاع في 31 مايو 2013.
  140. ^ مصنع النبيذ FAR NIENTE في وادي نابا يقدم أول مجموعة شمسية عائمة على الإطلاق محفوظ في 16 مارس 2015 على موقع واي باك مشين . farniente.com
  141. ^ Napa Winery Pioneers Solar Floatovoltaic. Forbes (18 أبريل 2012). تم الاسترجاع في 31 مايو 2013.
  142. ^ جيز، جون ف.؛ فرنسا، ريان م.؛ شولتي، كيفن ل.؛ شتاينر، مايلز أ.؛ نورمان، أندرو ج.؛ جوثري، هارفي ل.؛ يونغ، ماثيو ر.؛ سونغ، تاو؛ موريارتي، توماس (أبريل 2020). "خلايا شمسية سداسية الوصلات من النوع III-V بكفاءة تحويل 47.1% تحت تركيز 143 شمسًا". طاقة الطبيعة . 5 (4): 326-335. رمز Bibcode : 2020NatEn...5..326G. doi : 10.1038/s41560-020-0598-5. ISSN  2058-7546. OSTI  1659948. S2CID  216289881.
  143. ^ شركة شارب تطور خلية شمسية بأعلى كفاءة تحويل في العالم بنسبة 35.8%. Physorg.com. 22 أكتوبر 2009. تم الاسترجاع في 3 يونيو 2012.
  144. ^ Deb, Satyen K. (مايو 2000) التطورات الأخيرة في الخلايا الكهروضوئية عالية الكفاءة. nrel.gov
  145. ^ يو، جيه؛ تشنغ، واي؛ هوانج، جيه (2014). "نحو خلايا كهروضوئية عضوية عالية الأداء: مراجعة للتطورات الحديثة في الخلايا الكهروضوئية العضوية". بوليمرات . 6 (9): 2473-2509. doi : 10.3390/polym6092473 .
  146. ^ Sun, Y.; Welch, GC; Leong, WL; Takacs, CJ; Bazan, GC; Heeger, AJ (2011). "Solution-processed small-molecule solar cells with 6.7% efficient". Nature Materials . 11 (1): 44–8. Bibcode :2012NatMa..11...44S. doi :10.1038/nmat3160. PMID  22057387.
  147. ^ EPFL تصل إلى 21% كفاءة في استخدام البيروفسكايت. dyesol.com (8 ديسمبر 2015)
  148. ^ سانت جون، جيف (23 أغسطس 2012) الإلكترونيات الشمسية ودمج الألواح وتحدي قابلية التمويل. greentechmedia.com
  149. ^ خلايا شمسية ذاتية التبريد. CNN . 2014-09-18
  150. ^ ab Smil, Vaclav (2006) Energy at the Crossroads. oecd.org. تم الاسترجاع في 3 يونيو 2012.
  151. ^ الطاقة المتجددة: هل المستقبل في الطاقة النووية؟ أرشيف 16 يناير 2014 على موقع واي باك مشين الأستاذ جوردون أوبريشت (جامعة ولاية أوهايو في ماريون) TEDxColumbus، The Innovators – 18 أكتوبر 2012
  152. ^ "دراسة: تلوث الهواء يتسبب في 200 ألف حالة وفاة مبكرة كل عام في الولايات المتحدة". News.mit.edu . 29 أغسطس 2013 . تم الاسترجاع في 30 ديسمبر 2017 .
  153. ^ "الولايات المتحدة قد تمنع الكثير من الوفيات بالتحول من الفحم إلى الطاقة الشمسية". USA TODAY . تم الاسترجاع في 30 ديسمبر 2017 .
  154. ^ الأرواح المحتملة التي يمكن إنقاذها من خلال استبدال الفحم بإنتاج الكهرباء من الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الولايات المتحدة الأمريكية، مجلة الطاقة المتجددة والمستدامة، العدد 80 (2017)، ص 710-715. الوصول المفتوح
  155. ^ نيولار، إيفرت وألسما، إريك. الجوانب البيئية لأنظمة الطاقة الكهروضوئية. ورشة عمل مهمة 1 لأنظمة الطاقة الكهروضوئية التابعة لوكالة الطاقة الدولية، 25-27 يونيو 1997، أوتريخت، هولندا
  156. ^ McDonald, NC; Pearce, JM (2010). "Producer Responsibility and Recycling Solar Photovoltaic Modules" (PDF) . Energy Policy . 38 (11): 7041–7047. Bibcode :2010EnPol..38.7041M. doi :10.1016/j.enpol.2010.07.023.
  157. ^ مميزات وعيوب الطاقة الشمسية Archived 26 December 2013 at the Wayback Machine . Retrieved on 25 December 2013.
  158. ^ برنامج تكنولوجيا تغير المناخ في الولايات المتحدة – تقنيات النقل والتوزيع أرشيف 27 سبتمبر 2007 على موقع واي باك مشين . (PDF) . تم الاسترجاع في 3 يونيو 2012.
  159. ^ فراونهوفر: خلايا شمسية متعددة الوصلات ذات كفاءة 41.1%. renewableenergyfocus.com (28 يناير 2009).
  160. ^ دراسة تتوقع أن تصبح الطاقة الشمسية قادرة على المنافسة من حيث التكلفة في أوروبا بحلول عام 2015. Solar Cells Info (16 أكتوبر 2007). تم الاسترجاع في 3 يونيو 2012.
  161. ^ "Berkeley FIRST Solar Financing – City of Berkeley, CA". cityofberkeley.info . مؤرشف من الأصل في 2 يونيو 2013 . تم الاسترجاع في 9 فبراير 2009 .
  162. ^ DSIRE Solar Portal Archived 9 مارس 2012 at the Wayback Machine . Dsireusa.org (4 أبريل 2011). تم استرجاعه في 3 يونيو 2012.
  163. ^ ميلر، ويندي؛ ليو، آرون؛ أمين، زكريا؛ فاغنر، أندرياس (2018). "جودة الطاقة والمنازل التي تعمل بالخلايا الكهروضوئية على أسطح المنازل: فحص البيانات المقاسة عند نقطة اتصال العملاء". الاستدامة . 10 (4): 1224. doi : 10.3390/su10041224 .
  164. ^ L. Liu, W. Miller, and G. Ledwich. (2017) Solutions for reduction facilities electricity costs. Australian Ageing Agenda. 39-40. متاح على الرابط: https://www.australianageingagenda.com.au/2017/10/27/solutions-reducing-facility-electricity-costs/ محفوظ في 20 مايو 2019 على موقع Wayback Machine
  165. ^ ميلر، ويندي؛ ليو، لي آرون؛ أمين، زكريا؛ جراي، ماثيو (2018). "إشراك شاغلي المساكن في عمليات تجديد المساكن التي تعمل بالطاقة الشمسية والتي لا تنتج سوى صفر طاقة: دراسة حالة شبه استوائية أسترالية". الطاقة الشمسية . 159 : 390-404. رمز Bibcode :2018SoEn..159..390M. doi :10.1016/j.solener.2017.10.008.

قراءة إضافية

مصادر المكتبة حول
الطاقة الكهروضوئية
  • الموارد الموجودة في مكتبتك
  • الموارد في المكتبات الأخرى
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Photovoltaics&oldid=1252256143"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate