پنل خورشیدی پروسکایت

با پنل خورشیدی پروسکایت، ماده ای که آینده انرژی خورشیدی را شکل می دهد، آشنا شوید:

پروسکایت گزینه های جدیدی را برای تولید برق خورشیدی در شهرها و حتی مکان های دورافتاده باز می کند.

محققان ژاپنی، کشوری که به شدت به انرژی وارداتی وابسته است، بر چگونگی نوآوری در تولید انرژی فتوولتائیک تمرکز کرده اند.

در سال 2009، تسوتومو میاساکا، استاد دانشگاه توین یوکوهاما، ایجاد اولین پنل خورشیدی پروسکایت را گزارش کرد.

پنل های خورشیدی پروسکایت همه کاره هستند و می توانند با انرژی بسیار کمتری نسبت به سیلیکون تولید شوند و آنها را ارزان تر و پایدارتر می کند و حتی می توان از آنها به عنوان پنجره استفاده کرد.

پروسکایت اصطلاحی است که برای اشاره به یک کانی کریستالی و ساختارهای کریستالی مشابه در مواد دیگر استفاده شده است.

گوستاو رز، کانی شناس آلمانی که در قرن نوزدهم زندگی می کرد، پس از اکتشاف در کوه های اورال، تیتانات کلسیم را یافت.

او ساختار کریستالی آن را به افتخار لو پروسکی، کانی شناس و اشراف زاده روسی، «پروسکیت» نامید.

چیزی که سازه های پروسکایت را در نبرد با تغییرات آب و هوایی جالب می کند، توانایی آنها در جذب موثر نور خورشید و ارائه پتانسیل تولید پایدارتر است.

در کاربردهای فتوولتائیک، پروسکایت ها از مواد هیبریدی آلی – معدنی با ساختار پروسکایت تشکیل شده اند.

اختراع پنل خورشیدی پروسکایت بسیار مهم بود زیرا پانل های خورشیدی پروسکایت می توانند از محدودیت های سیلیکون فراتر روند.

پروسکایت‌ها از طریق طرح‌های نازک‌تر و انعطاف‌پذیرتر، امکان گسترش تولید انرژی خورشیدی را به روش‌هایی که در حال حاضر وجود ندارد، می‌دهند.

به عنوان مثال، هنگامی که روی سطح مواد دیگر اعمال می شود، می توانند یک لایه تولید انرژی تشکیل دهند.

در حالی که استفاده از پنل های خورشیدی در سال های اخیر به سرعت گسترش یافته است و تقریباً 10٪ از تولید برق سالانه در ژاپن در سال 2021 را تشکیل می دهد،

پنل های خورشیدی معمولی با یک محدودیت اساسی روبرو هستند: اکثر آنها در بازار فقط می توانند حدود 20٪ از انرژی خورشیدی را جذب و آن را به برق تبدیل می کند.

این نسبت در طول سال ها بهبود یافته است، اما حد بازده نظری ماژول های سیلیکونی 29٪ است.

از زمان اختراع پانل‌های خورشیدی پروسکایت، راندمان از 3.8 درصد در سال 2009 به 25.2 درصد در سال 2020 رسیده است.

سلول‌های پروسکایتی در مقیاس کوچک با استفاده از سیلیکون به بازدهی 32.5 درصدی دست یافته‌اند.

فناوری جوان فتوولتائیک که ساخت آن آسان تر از سیلیکون است

یوکیهیرو کانکو، مدیر کل مرکز فناوری مواد کاربردی، بخش فناوری، شرکت هولدینگ پاناسونیک می‌گوید:

«سلول‌های خورشیدی پروسکایت تنها در سال 2009 ظاهر شدند، بنابراین یک فناوری جوان است.

مردم روی سلول‌های مقیاس کوچک کار کرده‌اند تا کارایی را افزایش دهند، اما اکنون ما روی سلول‌های مقیاس بزرگ کار می‌کنیم.»

در نمایشگاه لوازم الکترونیکی مصرفی 2023 (CES) در لاس وگاس، پاناسونیک ماژول های خورشیدی پروسکایت 30 سانتی متر مربعی را به نمایش گذاشت.

بر اساس رتبه‌بندی بین‌المللی آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر ایالات متحده، این ماژول‌ها که با سازمان توسعه انرژی‌های جدید و فناوری‌های صنعتی ژاپن (NEDO) ساخته شده‌اند، بالاترین راندمان جهان را برای یک ماژول پروسکایت در اندازه آن با 17.9 درصد دارند.

یوکیهیرو کانکو، مدیر کل مرکز فناوری مواد کاربردی، بخش فناوری، شرکت هولدینگ پاناسونیک

ماژول‌ها با پنل‌های خورشیدی معمولی تفاوت دارند نه تنها به این دلیل که منحصراً از پروسکایت به عنوان ماده فتوولتائیک استفاده می‌کنند،

و نه از سیلیکون در ترکیب با پروسکایت، بلکه نحوه ساخت و استفاده از آنها در ساخت پانل های معمولی به حرارت بالا و انرژی زیادی نیاز دارد.

این مقدار قابل توجهی گازهای گلخانه ای تولید می کند و به معنای زمان نسبتاً طولانی تری برای خنثی شدن کربن است.

از طرف دیگر پنل های خورشیدی پروسکایت نیازی به عملیات حرارتی بالا ندارند و می توان آنها را با انرژی بسیار کمتری تولید کرد و آنها را ارزان تر و پایدارتر می کند.

به گفته کانکو، در حالی که برای جبران انرژی مصرف شده برای ساخت پنل های سیلیکونی دو تا سه سال طول می کشد،

اما به گفته کانکو، تنها سه یا چهار ماه طول می کشد.

تبدیل پنجره ها و دیوارهای ساختمان ها به پنل خورشیدی

پنل های پروسکایت نیز متنوع تر هستند. لایه بلورهای پروسکایت کمتر از 1 میکرومتر ضخامت دارد و از طریق چاپ جوهر افشان بر روی یک بستر شیشه ای قرار می گیرد.

آنها علاوه بر گرفتن نور خورشید در پشت بام ها، می توانند در دیوارهای بیرونی، بالکن ها و سایر سطوح خانه ها و دفاتر برق تولید کنند.

حتی می توان از آنها به عنوان پنجره استفاده کرد. پاناسونیک پانل های شیشه ای پروسکایت را با شفافیت 20%، 40% و درجه بندی شده تولید کرده است.

کانکو می‌گوید: بسته به نیاز مشتری، می‌توانیم شفافیت را با فناوری چاپ لیزری و جوهرافشان تغییر دهیم.

به لطف روش چاپ جوهر افشان، آنها از محدودیت های طراحی عاری هستند و کاملاً قابل تنظیم هستند.

برای نشان دادن امکانات طراحی، در CES پاناسونیک یک درخت پروسکایت مفهومی با نزدیک به 1000 “برگ” که مدل‌هایی از سلول‌های پروسکایت دایره‌ای بودند را به نمایش گذاشت.

این کیفیت قابل تنظیم می تواند یک ویژگی تغییر دهنده بازی در کشور نسبتا کوچک و کوهستانی مانند ژاپن با فضای بسیار محدود برای مزارع پنل خورشیدی بزرگ باشد.

نمایشگاه «درخت پروسکایت»

هدف پاناسونیک تجاری سازی پانل های پروسکایت در پنج سال آینده به منظور تحقق بخشیدن به فتوولتائیک مجتمع ساختمانی (BIPV) است که در آن شیشه های معماری معمولی می توانند با سلول های پروسکایت برای تولید انرژی ترکیب شوند.

این مفهوم با محبوبیت روزافزون ساختمان‌های با انرژی صفر خالص (ZEB) و خانه‌های با انرژی صفر خالص (ZEH) همراه است.

چنین ساختارهایی از طریق صرفه جویی در انرژی و تولید برق در محل با فتوولتائیک، مصرف انرژی خالص تقریباً صفر را به دست می آورند.

با استفاده از شیشه معمولی، این پانل‌ها می‌توانند مشکلات قابلیت اطمینان ناشی از اثرات مخرب رطوبت بر روی پانل‌های پروسکایت را حل کنند. علاوه بر این، شیشه های معماری پایداری طولانی مدت را ایجاد می کنند.

کانکو می‌گوید: «بسیاری از مردم می‌گویند که مشکل سلول‌های پروسکایت قابلیت اطمینان است، اما با استفاده از یک زیرلایه شیشه‌ای غیرقابل نفوذ که رطوبت را از بین می‌برد، انتظار داریم به قابلیت اطمینان طولانی‌مدت دست پیدا کنیم، زیرا ساختارها را نمی‌توان هر 10 یا 20 سال یکبار بازسازی کرد.

یوکیهیرو کانکو معتقد است که استفاده از فناوری خورشیدی پروسکایت به ایجاد آینده ای خنثی از کربن از طریق اجتناب از انتشار گازهای گلخانه ای کمک می کند.

ایجاد «تاثیر سبز» بر آینده از طریق انتشار اجتناب‌شده

تکنولوژی جدید پروسکایت برای BIPV بخشی از Panasonic GREEN IMPACT است،

ابتکاری برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در سراسر زنجیره ارزش پاناسونیک و دستیابی به انتشار صفر خالص CO2 تا سال 2030. هدف بلندمدت کاهش انتشار CO2 به میزان بیش از 300 میلیون تن یا در حدود است.

1% از انتشار جهانی 33.6 میلیارد تن، از طریق عملیات گروهی و با ایجاد فن آوری های جدید و کسب و کار در انرژی هیدروژن و سایر زمینه ها.

همچنین انتظار می رود این اقدامات به ژاپن کمک کند تا به تعهد خود مبنی بر خنثی شدن کربن تا سال 2050 دست یابد.

کانکو می‌گوید: «ما در پاناسونیک معتقدیم که تصویر کلی آینده فناوری خورشیدی پروسکایت این است که روی پنجره‌ها و دیوارها استفاده می‌شود.

این یک مزیت بزرگ برای جامعه از طریق جلوگیری از انتشار گازهای گلخانه ای خواهد بود که در غیر این صورت منتشر می شوند.

تایسوکه ماتسویی، مدیر بخش اول، مرکز فناوری مواد کاربردی، بخش فناوری، شرکت پاناسونیک هلدینگ، می‌گوید:

سلول‌های خورشیدی پروسکایت منطقه‌ای هستند که در آن بازارهای جدیدی ایجاد خواهند شد. با ادغام سلول های خورشیدی با مصالح ساختمانی، آنها بیش از هر زمان دیگری به زندگی متصل خواهند شد.

از این نظر، بهبود مستمر در عین انعکاس نظرات مشتریان مهم است.

ما امیدواریم که در مورد فناوری های آینده بیاموزیم و نظرات مختلفی را دریافت کنیم که بتوان از آنها استفاده کرد.