برق فوتوولتایی - 3

یک پیشرفت دیگر در این زمینه، ابداع سیلیسیم کاربید اریخت (Si ـ a) است. سازندگان با این آلیاژ نه تنها می‌توانند ظرفیت را کنترل کنند (با آلاییدن ماده با خالصی‌هایی که الکترون بیشتر یا کمتری فراهم کنند)، بلکه می‌توانند اندازة گاف انرژی، یعنی میزان انرژی فرودی لازم برای رساندن یک الکترون به نوار رسانش را نیز که سلول (با تغییر مقدار کربن) به آن پاسخ می‌دهد کترل کنند. با این کشف عصر جدیدی از آلیاژسیلیسیم اریخت آغاز می‌شود که در آن مواد جدیدی نظیر ژرمانیم سیلیسیم اریخت (SiGe ـ a) و سلیسیم نیترید اریخت (SiN ـ a) هم نقش خواهند داشت. این آلیاژها گاف نواری سیلیسیم اریخت را چنان تغییر می‎‌دهند که این ماده می‌تواند برای کارکردهای مختلف در طراحی‌های سلول پوسة نازک به کار گرفته شود.
پیشرفت دیگر در تکنولوژی سلول‌های خورشیدی پوسة نازک به کارگرفتن سلول‌ها به صورت مجموعه‌های روی هم است تا از ناحیة وسیع‌تری از طیف خورشیدی استفاده شود. مثلاً ممکن است سلول بالایی نور آبی را گردآوری کند و به قرمز اجازة عبور به سلولی را بدهد که بازده آن در ناحیة سرخ طیف بیشتر است.
صفحة پیش ساخته‌ای شامل تعدادی سلول که به یکدیگر متصلند، مدول فوتوولتایی نامیده می‌شود. چند مدول یک آرایه را تشکیل می‌دهند. به منظور گردآوری پر بهره‌تر نور خورشید، می‌توان آرایة خورشیدی را درون یک "گیرنده" کار گذاشت. این گیرندة مسطح بر پایه‌ای سوار شده که می‌توان آن را آن‌چنان طراحی کرد که در تمام ساعات آفتابی روز، مسیر خورشید را تعقیب کند و همواره رو به آفتاب باشد. روش دیگر نصب یک متمرکز‌کننده است، که با استفاده از بازتابنده‌ها یا عدسی‌ها نور خورشید را بر روی سلول خورشیدی متمرکز می‌کند. این دو نوع گیرنده از نظر عملیاتی متفاوتند؛ صفحة مسطح حتی در نور پخشیدة یک روز ابری به نحو رضایت‌بخشی کار می‌کند، ولی متمرکزکننده فقط در نور مستقیم خورشید خوب کار می‌کند. با تجهیز دستگاه متمرکزکننده به سلول‌های خورشیدی که بازده‌شان زیاد باشد ـ از قبیل سلول‌های سیلیسیمی تک بلور و سلول‌های گالیم آرسنید که فعلاً بازدهیدر حدود 20 تا 26 درصد دارند ـ می‌توان این عیب سیستم متمرکزکننده را تا حدودی برطرف کرد.
استفاده از سیستم متمرکزکننده به مسئلة کاهش هزینة نیروگاه‌های سلول خورشیدی مربوط می‌شود. دستگاه‌های نوری نظیر عدسی‌ها و بازتابنده‌ها می‌توانند ارزان‌تر از سلول‌های خورشیدی تمام شوند و بنابراین نیروگاهی که از آن‌ها استفاده می‌کند، به سرمایه‌گذاری کم‌تری برای دستگاه‌های فوتوولتایی نیاز خواهد داشت.
به‌علاوه در یک تأسیسات با گیرنده‌های متمرکزکننده، سطح کوچک سلول خورشیدی که در کانون تمرکز قرار گرفته، بخش هزینه‌ساز سیستم نیست، بنابراین در این مورد می‌توان از دستگاه‌های فوتوولتایی با بهرة زیاد (که برای تأسیسات با گیرنده‌های مسطح بسیار گران تمام می‌شود) استفاده کرد.
عامل تأخیر در کاراندازی نیروگاه‌های فوتوولتایی در مقیاس بزرگ، هزینة آن‌هاست. در 1974 بهای مدول خورشیدی 50 دلار بر وات بود. برق حاصل از چنین مدولی فوق‌العاده گران تمام می‌شد: با فرض 30 سال عمر مفید برای مدول، و احتساب 50 دلار بر وات دیگر برای هزینه‌های سایر بخش‌های سیستم، هر کیلو وات ساعت برق 3 دلار تمام می‌شد. در آن زمان هر کیلو وات ساعت برق با استفاده از انرژی اتمی یا سوخت فسیلی از 5ر0 تا 1ر0 دلار بود، این اختلاف شدید کوشش‌های تحقیقاتی فوق‌العاده‌ زیادی را با هدف کاهش هزینه‌های برق فوتوولتایی ایجاب می‌کرد. این فعالیت‌ها شامل کار بر روی مواد سلول‌ها، ساختار سلولی، و فرایندهای تولید انبوه بوده است. در نتیجة این کوشش‌ها، هزینة ساخت مدول ده برابر کم‌تر شده و به حدود 5 دلار بر وات (قله) رسیده است. میتوان انتظار داشت که در دهة آینده کاهش بیش‌تری، شاید در حدود یک مرتبه بزرگی دیگر، حاصل شود و درمورد سلول‌های پوسة نازک نظیر سیلیسیم اریخت، این قیمت به حد کم‌تر از 4ر0 دلار بر وات برسد.
تکنولوژی پوسة نازک مثال مناسبی برای توضیح این امکانات است. بازده سلول‌هایی که از سه مادة پوسة نازک (سیلیسیم اریخت، مس ایندیم دی سلنید، و کادمیم تلورید) ساخته شده‌اند، در آزمایشگاه به 10 درصد رسیده است. چندین شرکت در ایالات متحده و ژاپن، در کار تولید انبوه مدول‌هایی از سیلیسیم اریختند که سطح بیضی آن‌ها به حدود یک مترمربع می‌رسد. بازده این مدول‌ها حدود 8 تا 9 درصد است. چند شرکت دیگر نیز در مرحلة تجارتی کردن تولید آن دو مادة دیگرند، که این مواد از لحاظ بازده بلند مدت و سطح هزینة لازم برای تکنولوژی پوسة نازک می‌توانند با تکنولوژی سیلیسیم اریخت رقابت کنند. سازندگان مس ایندیم دی سلنید توانسته‌اند مدول‌هایی به مساحت 100 سانتی مترمربع با بازده حدود 10 درصد تولید کنند، چندین شرکت که با کادمیم تلورید کار می‌کنند رسوب دادن الکتریکی را به عنوان روشی برای ساخت سلول‌های خورشیدی ارزان قیمت، تجربه می‌کنند. چند شرکت مدول‌هایی از کادمیم تلورید ساخته‌اند که سطحی معادل 1000 سانتی مترمربع یا بیش‌تر دارند.
تأکید این فعالیت‌ها (با هدف بهبود این مواد تا درجه‌ای که بتوانند واجد شرایط لازم برای تولید برق با بهایی قابل رقابت باشند) بر آن است که بهرة مدول‌ها به حدود 15 درصد افزایش یابد، روش‌هایی ابداع شود که بتوان مدول‌ها را با هزینه‌ای کمتر از 50 دلار بر مترمربع ساخته و مطمئن بود که این مدول‌ها پس از نصب در تأسیسات واقعی می‌توانند به مدتی بیش از 30 سال دوام بیاورند و به‌طور مؤثر کار کنند. اینکه بازده تبدیل دستگاه‌های پوسة نازک به ده درصد رسیده است (از صفر در یک دهة قبل)، گویای آهنگ پیشرفت است. چندین شرکت اظهار داشته‌اند که دو آزمایشگاه به بازده 11 تا 12 رسیده‌اند. برای دستیابی به بازده متوسط 15 درصد در آرایه‌های بزرگ، به دلیل وجود افت‌های ذاتی، بازده سلول‌های به کار رفته باید اساساً 16 تا 17 درصد باشد.
پیشرفت به سمت این بهره‌ها پیوسته و مداوم است و برای دستیابی به آن‌ها روش‌های جدیدی (نظیر روی هم قرار دادن سلول‌ها) به‌طور سازمان‌یافته و مرتب به کار گرفته می‌شوند. به نظر می‌رسد ساخت مدول‌هایی با مساحت زیاد در آینده‌ای نزدیک ممکن شود. وقتی این مواد جدید به مرحلة تولید انبوه برسند، کاهش قابل توجهی در هزینه حاصل خواهد شد.
در سال‌های گذشته به موازات کاهش قیمت سلول‌های خورشیدی، برای این تکنولوژی چندین کاربرد جدید پیدا شده است. در این مورد علاوه بر انواع دستگاه‌های الکترونیکی که از برق خورشیدی نیرو می‌گیرند می‌توان از تلمبه‌های آبیاری و چراغ‌های راهنمایی در تقاطع‌های خیابان و راه‌آهن نیز نام برد. مولدهای سبک وزنی که از سلول‌های خورشیدی نیرو می‌گیرند می‌توانند برای قایق‌ها و بعضی خودروهای زمینی، برق تهیه کنند. همان‌گونه که کنت‌زوئی بل از مؤسسة "تحقیقات انرژی خورشیدی" خاطر نشان کرد، برای این تکنولوژی ممکن است کاربردهای بسیاری در کشورهای در حال توسعه دریافت شود.