Na technologické mapě fotovoltaických elektráren vytvořily různé země a podniky výrazné technologické trasy na základě jejich zdrojů a průmyslových výhod. From the dominant crystalline silicon technology in the market, to the differentiated competition of thin-film photovoltaics, and to the cutting-edge exploration of emerging technologies, this decades long "battle of the road" has not only driven continuous breakthroughs in photovoltaic efficiency, but also shaped the global distribution of the photovoltaic industry, allowing photovoltaic power plants to shine with unique value in different scenarios.
1 Křišťálová křemíková technologie: Absolutní mainstream globální fotovoltaiky
Krystalická silikonová fotovoltaika se svou zralostí a nákladovou efektivitou zabírá více než 90% globálního podílu na trhu ve fotovoltaických elektrárnách a dále se rozdělí do dvou hlavních větví: monokrystalický křemík a polykrystalický křemík. Čína je lídrem v technologii monokrystalické křemíkové technologie, která zlepšila účinnost monokrystalických křemíkových buněk na 26,1% a snížila náklady pod 0,15 USD za Watt prostřednictvím technologických inovací, jako je řezání diamantových drátů a PERC (pasivovaný emitor a zadní buňka). Monokrystalická silikonová fotovoltaická elektrárna 1,2GW v Changji v Xinjiang používá 182mm velké moduly s náklady na pouhých 0,18 juanů za kilowatthodinu, což je o 12% nižší než tradiční moduly a stala se referenčním globálním dostupným přístupem do mřížky.
Technologie polykrystalického křemíku udržuje určitý podíl na evropských a amerických trzích, přičemž jeho výhody jsou jednoduchá příprava materiálu a vynikající odolnost proti záření. Ačkoli účinnost polykrystalických křemíkových modulů First Solar je o něco nižší (19-20%), provádějí stabilně ve vysokoteplotních a vysokoprávních pouštních elektrárnách s vysokým zářením. Polykrystalinová silikonová elektrárna 550MW v Arizoně má rychlost útlumu výkonu o 3 procentní body nižší než monokrystalický křemík při 45 stupních. Korejské společnosti zvýšily čistotu materiálů na 99,999% prostřednictvím lití polykrystalické technologie křemíku, což mělo za následek účinnost polykrystalických křemíkových buněk přesahující 22%, což získalo laskavost v distribuovaných fotovoltaických elektrárnách v Německu.
Budoucnost krystalického křemíkového technologie spočívá v průlomu baterií typu N. Buňky Číny TopCON (kontakt s oxidem oxidového oxidu tunelu), japonské buňky HJT (heterojunkční) a evropské buňky IBC (kontaktní kontakt s křížovým prstem) se snaží o účinnost více než 27%. Hlavní stanice Topcon 100MW v Hefei, Anhui zvýšila výrobu energie o 8% ve srovnání s tradičními elektrárnami PERC; Demonstrační elektrárna HJT v Japonsku Hokkaido udržuje 95% účinnost výstupu i při nízkých teplotách -20 stupňů a poskytuje nové řešení pro fotovoltaické aplikace v oblastech s vysokou šířkou.
2 tenké filmové fotovoltaiky: disruptor v diferencovaných scénářích
Ačkoli tržní podíl tenkovrstvé fotovoltaiky je menší než 10%, jsou nenahraditelné v polích, jako je BIPV (budova integrovaná fotovoltaika) a flexibilní scénáře, což vytváří ekosystém doplňující se na technologii krystalického křemíku. Tenké filmy kadmia Tellurid (CDTE) jsou hlavním proudem tenkovrstvé fotovoltaiky. Moduly CDTE First Solar ve Spojených státech mají účinnost 22,1% a výrobní náklady pouze 0,12 USD za Watt, což poskytuje nákladovou výhodu ve velkých pozemních elektrárnách. Katherine Photovoltaic Power Station v Austrálii, která používá moduly CDTE 4,2GW, je největší tenkovrstvou fotovoltaickou elektrárnou na jižní polokouli. Její slabý výkon listů je o 15% vyšší než výkon krystalických křemíkových modulů, což je zvláště vhodné pro zakalené počasí v severní Austrálii.
Tenké filmy měděného india gallium (CIGS) jsou známé svou flexibilitou. Flexibilní komponenta CIGS z Meyer Burger v Německu, o tloušťce pouze 0,3 mm, může být ohnuta do oblouku o poloměru 5 cm a je široce používána v mobilních scénářích, jako jsou RV a stany. Arktická výzkumná stanice v Norsku pokrývá horní část výzkumného nádoby s filmem CIGS, aby poskytovala sílu zařízení během polárního dne, a její chladný odpor byl ověřen testováním za -60 stupňů. Čínská Hanergy Group vyvíjí úsilí v oblasti stavebních stěn záclon. Projekt BIPV mrakodrapu v Šanghaji používá barevné komponenty tenkých filmů CIGS, které nejen vyhovují estetickým potřebám architektury, ale také dosahují roční výroby energie 120000 kWh.
Tenké filmy Perovskite jsou nejočekávanější rozvíjející se silou. Modul Perovskite vyvinutý společností Oxford University ve Velké Británii má účinnost 31,3%a náklady na suroviny jsou pouze 1/20 nákladů krystalického křemíku. Neom Future City v Saúdské Arábii plánuje vybudovat první solární solární elektrárnu na úrovni GW na světě, využívat hojné místní světelné zdroje a kombinovat stabilitu perovskitu s vysokou teplotou, aby se snížily cílové náklady na elektřinu na 0,01 americké dolary za kilowatt hodinu. Trvanlivost perovskitu však musí být stále zlepšena. Venkovní testy ve Švýcarsku ukázaly, že současná životnost komponent perovskitu pod ultrafialovým světlem je asi 2000 hodin, což je pouze 1/5 u krystalického křemíku. Společnosti po celém světě zlepšují svou stabilitu prostřednictvím technologie balení.
3 vznikající technologie: Křížový průzkum fotovoltaické budoucnosti
Integrace fotovoltaiky s jinými technologiemi vedla k více imaginativním aplikačním scénářům. Hybridní systém fotovoltaického a solárního tepelného byl validován na elektrárně Andasol ve Španělsku. Vytváří elektřinu prostřednictvím koncentrovaného fotovoltaického (CPV) a používá pro vytápění odpadní teplo, dosahuje komplexní účinnosti využití energie 80%, což je o 50% vyšší než čisté fotovoltaické elektrárny. SDE Boker Solar Energy Research Center v Izraeli vyvinulo fotovoltaický systém odsolování mořské vody, který může produkovat 1,5 litru sladké vody na kilowatthodinu elektřiny, což má strategickou hodnotu v pouštní oblasti Středního východu.
Space Photovoltaics je konečný technologický sen. Program „Solar Power Satellite“ NASA se pokouší nasadit fotovoltaické elektrárny na oběžné dráze Země a přenášet elektřinu zpět na zem skrz mikrovlny s účinností, která není ovlivněna dnem, nocí a počasím. Japonská Jaxa dokončila testování 10kW kosmického fotovoltaického prototypu a plánuje vybudovat demonstrační systém megawatt do roku 2030. Čínská vesmírná stanice „Tiangong“ je také vybavena flexibilními fotovoltaickými moduly, s účinností výroby energie 30%, čímž se hromadí technické zkušenosti pro vesmírné fotovoltaiky.
„Rozmanitá koexistence“ globální fotovoltaické technologie je v podstatě odrazem potřeb různých scénářů. Krystalická silikonová technologie hledá rovnováhu mezi účinností a náklady, technologie tenkých filmů zkoumá hranice ve zvláštních scénářích a objevující se technologie poukazují na budoucí možnosti. Tato technologická konkurence bez „konečné odpovědi“ transformuje fotovoltaické elektrárny z jediného zařízení pro výrobu energie na energetickou infrastrukturu hluboce integrovanou s budovami, přepravou a prostorem, což zrychluje tempo globální transformace energie.