ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΛΕΠΤΟΥ ΥΜΕΝΙΟΥ

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΛΕΠΤΟΥ ΥΜΕΝΙΟΥ (Thin Film)

Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία είναι μια συνδεσμολογία ηλεκτρονικής διάταξης η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν δεχτεί ακτινοβολία. Η διαφορετική τους ονομασία ή όπως είναι ευρέως γνωστά είναι φωτοβολταϊκά κύτταρα. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα εκμεταλλεύονται την άφθονη ηλιακή ενέργεια  και με μια σύγχρονη τεχνολογία την μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια ικανή να τροφοδοτήσει ένα μεγάλο μέρος των συσκευών σας. Οι αναζητήσεις στις μηχανές αναζήτησης δείχνουν πως πολλοί ψάχνουν για: φωτοβολταϊκά συστήματα προσφορές, φωτοβολταϊκά τιμές, τι φωτοβολταϊκό χρειάζομαι και βαθμό απόδοσης. Σε αυτήν την ενότητα λοιπόν θα ασχοληθούμε με τα Φωτοβολταϊκά στοιχειά λεπτού υμενίου.

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΛΕΠΤΟΥ ΥΜΕΝΙΟΥ – ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ

Τα Φωτοβολταϊκά Στοιχεία Λεπτού Υμενίου χωρίζονται σε 2 κύριες κατηγορίες:

Δισεληνοϊνδιούχος χαλκός (CuInSe2 ή CIS, με προσθήκη γάλλιου CIGS)

• Κατασκευάζονται από κυψέλες που έχουν κοπεί από ένα κυλινδρικό κρύσταλλο πυριτίου. Αποτελούν τα πιο αποδοτικά φωτοβολταϊκά με αποδόσεις της τάξεως του 15 – 18% για το πλαίσιο.Το πάχος τους είναι γύρω στα 0,3 χιλιοστά.

Ο Δισεληνοϊνδιούχος xαλκός έχει εξαιρετική απορροφητικότητα στο φως αλλά η απόδοση του φωτοβολταικού πλαισίου κυμαίνεται γύρω στο 11% (πλαίσιο). Εργαστηριακά έγινε εφικτή απόδοση του Φ/Β πλαισίου στο επίπεδο του 18,8%. Η απόδοση αυτή είναι και η μεγαλύτερη που έχει επιτευχθεί για φωτοβολταϊκά λεπτής επιστρώσεως. Με την πρόσμιξη γάλλιου η απόδοση του μπορεί να αυξηθεί ακόμα περισσότερο. Το πρόβλημα που υπάρχει είναι ότι το ίνδιο υπάρχει σε περιορισμένες ποσότητες στην φύση, οπότε και κοστίζει περισσότερο.

Φ/Β πολυ-κρυσταλλικού Πυριτίου (Multi-crystalline Silicon)

Τα πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά κατασκευάζονται από ράβδους λιωμένου και επανακρυσταλλομένου πυριτίου. Για την παραγωγή τους οι ράβδοι του πυριτίου κόβονται σε λεπτά τμήματα από τα οποία κατασκευάζεται η κυψέλη του φωτοβολταϊκού.

• Το πάχος τους είναι επίσης περίπου 0,3 χιλιοστά. Η μέθοδος παραγωγής τους κοστίζει αρκετά λιγότερο από αυτήν των μονοκρυσταλλικών γι’ αυτό και η τιμή τους είναι συνήθως λίγο χαμηλότερη. Βασικότερες τεχνολογίες παραγωγής είναι: η μέθοδος απ’ ευθείας στερεοποίησης DS (directional solidification) , η ανάπτυξη λιωμένου πυριτίου (“χύτευση”), και η ηλεκτρομαγνητική χύτευση EMC.
• Παρουσιάζουν όμως μικρότερη απόδοση της τάξεως του 12% περίπου 3-5% λιγότερο σε σχέση με τα φωτοβολταϊκά στοιχεία μονοκρυσταλλικού πυριτίου.

 Φωτοβολταϊκά στοιχεία άμορφου πυριτίου (Amorphous 

Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία άμορφου πυριτίου, έχουν αισθητά χαμηλότερες αποδόσεις σε σχέση με τις δύο προηγούμενες κατηγορίες. Πρόκειται για ταινίες λεπτών επιστρώσεων οι οποίες παράγονται με την εναπόθεση πυριτίου πάνω σε υπόστρωμα υποστήριξης. Το υπόστρωμα είναι χαμηλού κόστους όπως γυαλί ή αλουμίνιο. Με αυτό τον τρόπο η τιμή αυτών των φωτοβολταϊκών πλαισίων είναι γενικότερα αρκετά χαμηλότερη σε σχέση με τις άλλες κατηγορίες.
Από τον τυχαίο τρόπο με τον οποίο είναι διατεταγμένα τα άτομα του πυριτίου τα φωτοβολταϊκά πλαίσια παίρνουν αυτό το όνομα. Οι επιδόσεις που επιτυγχάνονται για τα φωτοβολταϊκά thin films πυριτίου κυμαίνονται από 6 έως 8%. Σε αντίθεση με τον πολύ χαμηλό βαθμό απόδοσης το φωτοβολταϊκό στοιχείο a-Si δεν επηρεάζεται πολύ από τις υψηλές θερμοκρασίες. Αυτό σημαίνει επίσης πως πλεονεκτεί στην αξιοποίηση της απόδοσης του σε σχέση με τα κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά πλαίσια, όταν υπάρχει διάχυτη ακτινοβολία (συννεφιά).

ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΆΜΟΡΦΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ

Το μειονέκτημα των άμορφων φωτοβολταϊκών πλαισίων είναι η χαμηλή τους ενεργειακή πυκνότητα. Αυτό σημαίνει πώς για να παράγουμε την ίδια ενέργεια χρειαζόμαστε σχεδόν διπλάσια επιφάνεια σε σχέση με τα φωτοβολταϊκά κρυσταλλικών στοιχείων. Επιπρόσθετα η διάρκεια ζωής τους δεν φαίνεται να είναι αντίστοιχη αυτών των κρυσταλλικών. Το πάχος του πυριτίου είναι περίπου 0,0001 χιλιοστά ενώ το υπόστρωμα μπορεί να είναι από 1 έως 3 χιλιοστά.

Τελουριούχο Kάδμιο (CdTe)

Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια με στοιχεία από τελουριούχο κάδμιο έχουν το μεγάλο πλεονέκτημα να απορροφούν το 99% της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Οι αποδόσεις αυτών των φωτοβολταϊκών μπορούν να φτάσουν γύρω στο 6-8% αλλά το κόστος τους παραμένει υψηλό. Θα πρέπει επίσης να αναφερθεί πως σύμφωνα με κάποιες έρευνες το κάδμιο είναι καρκινογόνο με αποτέλεσμα να προβληματίζει η χρήση του.

Αρσενικούχο Γάλλιο (GaAs)

Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια με στοιχεία από Γάλλιο χρησιμοποιούν παραπροϊόντα ρευστοποίησης άλλων μετάλλων όπως το αλουμίνιο και ο ψευδάργυρος. Το Αρσενικούχο Γάλλιο είναι πιο σπάνιο ακόμα και από τον χρυσό. Έχει ενεργειακό διάκενο 1,43eV που το καθιστά ιδανικό για την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας. Η απόδοση των φωτοβολταϊκών πλαισίων από Αρσενικούχο Γάλλιο είναι η υψηλότερη που έχει επιτευχθεί και αγγίζει το 29%.

Επίσης τα φωτοβολταϊκά πάνελ από στοιχειά GaAs είναι εξαιρετικά ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες. Λόγω της πολύ υψηλής απόδοσης τους ενδείκνυται για διαστημικές εφαρμογές. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι το υπερβολικό κόστος του μονοκρυσταλλικού Αρσενικούχου Γάλλιου.