در حالی که جهان به سمت کربنزدایی حرکت میکند، شناخت تفاوتهای ساختاری میان نسلهای مختلف سلولهای خورشیدی برای سرمایهگذاران و مهندسان حیاتی است. این مقاله به کالبدشکافی نسل اول (سیلیکونی)، نسل دوم (لایه نازک) و نسل سوم (فناوریهای نوظهور) میپردازد.
فناوری فتوولتائیک (Photovoltaics) از زمان اختراع اولین سلولهای سیلیکونی در دهه ۱۹۵۰ میلادی تاکنون، مسیر پرفراز و نشیبی را طی کرده است. امروزه این صنعت به سه نسل اصلی تقسیم میشود که هر یک با هدف بهینهسازی «راندمان»، «هزینه» و «انعطافپذیری» توسعه یافتهاند.
سهگانه تحول در انرژی خورشیدی؛ تحلیل فنی نسلهای اول، دوم و سوم سلولهای فتوولتائیک
نسل اول: سلولهای مبتنی بر کریستال سیلیکون (c-Si)
این نسل، قدیمیترین و باثباتترین فناوری موجود است که بیش از ۹۰ درصد بازار جهانی را در اختیار دارد. این سلولها به دو دسته تککریستالی (Monocrystalline) و چندکریستالی (Polycrystalline) تقسیم میشوند.
مزایا:
-
راندمان بالا (بین ۱۵ تا ۲۲ درصد).
-
طول عمر بسیار زیاد (بیش از ۲۵ سال).
-
پایداری عملکرد در شرایط جوی مختلف.
معایب:
-
فرآیند ساخت پیچیده و انرژیبر.
-
افت راندمان در دماهای بسیار بالا.
-
صلبیت و وزن زیاد که نصب روی سطوح منحنی را غیرممکن میکند.
کاربردها: نیروگاههای خورشیدی بزرگ، پشتبام منازل و سیستمهای متصل به شبکه.
نسل دوم: سلولهای خورشیدی لایه نازک (Thin-Film)
این نسل با هدف کاهش هزینه و وزن طراحی شد. در این فناوری، لایههای بسیار نازکی از مواد فتوولتائیک روی لایههایی از شیشه، پلاستیک یا فلز قرار میگیرند. معروفترین انواع آن شامل CdTe و CIGS هستند.
مزایا:
-
انعطافپذیری فیزیکی و وزن بسیار کم.
-
عملکرد بهتر در نور کم و سایههای جزئی نسبت به نسل اول.
-
هزینه تولید پایینتر به دلیل مصرف کمتر مواد اولیه.
معایب:
-
راندمان پایینتر (۱۰ تا ۱۲ درصد).
-
طول عمر کمتر و حساسیت به رطوبت.
-
استفاده از مواد سمی مانند کادمیوم در برخی مدلها.
کاربردها: نمای ساختمانها (BIPV)، چادرهای خورشیدی و تجهیزات قابل حمل.
نسل سوم: فناوریهای نوظهور و نانوساختار
این نسل شامل فناوریهای پیشرفتهای مانند سلولهای پروسکایت (Perovskite)، سلولهای خورشیدی ارگانیک (OPV) و سلولهای حساس به رنگ (DSSC) است که هنوز در مرحله تجاریسازی گسترده قرار دارند.
مزایا:
-
پتانسیل رسیدن به راندمانهای بسیار بالا (عبور از حد نظری سیلیکون).
-
قابلیت چاپ به روشهای صنعتی (مانند چاپ روزنامه) که هزینه را به شدت کاهش میدهد.
-
امکان تولید سلولهای کاملاً شفاف (برای پنجرهها).
معایب:
-
پایداری پایین (تخریب سریع در برابر گرما و رطوبت).
-
دشواری در تولید انبوه با کیفیت یکنواخت.
کاربردها: پنجرههای تولیدکننده برق، گجتهای پوشیدنی و اینترنت اشیا (IoT).
نتیجهگیری
انتخاب میان این نسلها به «مکان نصب» و «بودجه» بستگی دارد. در حالی که نسل اول همچنان پادشاه نیروگاههای ثابت است، نسلهای دوم و سوم در حال باز کردن مسیرهای جدیدی برای ادغام انرژی خورشیدی در تار و پود زندگی روزمره و معماری مدرن هستند.