Na tehnološkem zemljevidu fotovoltaičnih elektrarn so različne države in podjetja oblikovale značilne tehnološke poti, ki temeljijo na njihovih sredstvih in industrijskih prednostih. Od prevladujočega kristalnega silicijevega tehnologije na trgu, do diferencirane konkurence tanko-filmov fotovoltaik in do vrhunskega raziskovanja nastajajočih tehnologij, ta desetletja dolga "bitka na cesti" ni samo poganjala neprekinjene prelomne v fotovoltaični učinkovito scenariji.
1 tehnologija kristalnega silicija: absolutni glavni tok globalne fotovoltaike
Kristalni silicijevi fotovoltaiki s svojo zrelostjo in stroškovno učinkovitostjo zasedajo več kot 90% svetovnega tržnega deleža v fotovoltaičnih elektrarnah in so nadalje razdeljeni na dve glavni veji: monokristalni silicij in polikristalni silicij. Kitajska je vodilna na področju monokristalne silicijeve tehnologije, ki je izboljšala učinkovitost monokristalnih silicijevih celic na 26,1% in znižala stroške pod 0,15 ameriških dolarjev na vat s tehnološkimi inovacijami, kot sta rezanje diamantnih žic in perc (pasivirana emitter in zadnje celice). 1,2GW monokristalna fotovoltaična elektrarna v silicijevem siliciju v Changjiju v Xinjiangu uporablja 182 mm velike module s stroški le 0,18 juana na kilovatno uro, kar je 12% nižje od tradicionalnih modulov in je postalo merilo za globalni dostop do cenovno dostopnega dostopa.
Polikristalna tehnologija silicija ohranja določen delež na evropskem in ameriškem trgu, pri čemer so njene prednosti preprosta priprava materiala in odlična odpornost na sevanje. Čeprav je učinkovitost polikristalnih silicijevih modulov prvega sonca nekoliko nižja (19-20%), stalno delujejo v visokotemperaturnih in visokih sevalnih puščavskih elektrarnah. Polikristalna elektrarna s 550 MW v Arizoni ima stopnjo slabljenja moči 3 odstotne točke nižje od monokristalnega silicija pri 45 stopinjah. Korejska podjetja so s pomočjo polikristalne silicijeve tehnologije povečala čistost materialov na 99,999%, kar je povzročilo, da je učinkovitost polikristalnih silicijevih celic presegla 22%, kar je pridobilo naklonjeno porazdeljenim fotovoltaičnim elektrarnim v Nemčiji.
Prihodnost kristalne silicijeve tehnologije je v preboju baterij N-tipa. Kitajske celice TopCon (Contact Contact Tunnel Oxid Pasivation), Japonske celice HJT (heterojunction) in evropske celice IBC (navzkrižni stik s prstom) si prizadevajo za učinkovitost več kot 27%. 100MW elektrarna TopCon v HEFEI, Anhui je povečala svojo proizvodnjo električne energije za 8% v primerjavi s tradicionalnimi Perc elektrarnimi; Demonstracijska elektrarna HJT v Hokkaidu na Japonskem ohranja 95 -odstotno proizvodno učinkovitost tudi pri nizkih temperaturah -20 stopinj, kar zagotavlja novo rešitev za fotonapetostne aplikacije v regijah z veliko širino.
2 Tanka filmska fotovoltaika: moteča v diferenciranih scenarijih
Čeprav je tržni delež tanko-filmskih fotovoltaikov manjši od 10%, jih je na področjih, kot je BIPV (gradnja integriranih fotovoltavcev) in prožnih scenarijev, nenadomestljivi, ki tvorijo ekosistem, ki se dopolnjuje s kristalnim silicijevim tehnologijo. Tanki filmi Cadmium Teluride (CDTE) so glavni tok tanko-film fotovoltaik. Moduli CDTE prvega sonca v Združenih državah Amerike imajo učinkovitost 22,1% in proizvodni stroški le 0,12 USD na vat, kar zagotavlja stroškovno prednost pri obsežnih zemeljskih elektrarnah. Katherine fotovoltaična elektrarna v Avstraliji z uporabo 4,2 GW modulov CDTE je največja fotonapetostna elektrarna tanko-filma na južni polobli. Njegova šibka učinkovitost svetlobnega odziva je za 15% višja kot pri kristalnih silicijevih modulih, zaradi česar je še posebej primeren za oblačno vreme v severni Avstraliji.
Tanki filmi Copper Indium Gallium selenide (CIGS) so znani po svoji prilagodljivosti. Prilagodljiva komponenta CIGS iz Meyerjevega burgerja v Nemčiji z debelino le 0,3 mm se lahko upogne v lok polmera 5 cm in se pogosto uporablja v mobilnih scenarijih, kot so RV in šotori. Arktična raziskovalna postaja na Norveškem pokriva vrh raziskovalnega plovila s filmom CIGS, da bi opremo zagotovila napajanje v polarnem dnevu, njena hladna odpornost pa je bila preverjena s testiranjem na -60 stopinj. Kitajska Hanergy Group si prizadeva na področju gradnje zidov zaves. Projekt BIPV nebotičnika v Šanghaju uporablja barvne cigare tanke komponente filma, ki ne ustrezajo samo estetskim potrebam arhitekture, ampak tudi dosežejo letno proizvodnjo moči 120000 kWh.
Perovskitni tanki filmi so najbolj pričakovana nastajajoča sila. Modul Perovskita, ki ga je razvila univerza Oxford v Veliki Britaniji, ima učinkovitost 31,3%, stroški surovin pa le 1/20 stroškov kristalnega silicija. Neom Future City v Savdski Arabiji načrtuje gradnjo prve svetovne ravni perovske na ravni GW, ki bo uporabljal obilne lokalne svetlobne vire in združilo visokotemperaturno stabilnost Perovskita, da bi zmanjšali ciljne stroške električne energije na 0,01 ameriške dolarje na kilovatno uro. Vendar je treba trajnost Perovskita še izboljšati. Zunanji testi v Švici so pokazali, da je trenutna življenjska doba komponent Perovskita pod ultravijolično svetlobo približno 2000 ur, kar je le 1/5 življenjske dobe kristalnega silicija. Podjetja po vsem svetu izboljšujejo svojo stabilnost s tehnologijo embalaže.
3 nastajajoče tehnologije: čezmejno raziskovanje fotovoltaične prihodnosti
Vključitev fotovoltaik z drugimi tehnologijami je povzročila bolj domiselne scenarije uporabe. Hibridni sistem fotovoltaične in sončne toplote je bil potrjen na elektrarni Andasol v Španiji. Ustvarja električno energijo s koncentriranim fotovoltaičnim (CPV) in uporablja odpadno toploto za ogrevanje, pri čemer doseže celovito učinkovitost porabe energije 80%, kar je 50% večje od čistih fotovoltaičnih elektrarn. Center za raziskovanje sončne energije SDE Boker v Izraelu je razvil fotovoltaični+sistem za razsoljevanje morske vode, ki lahko proizvede 1,5 litra sladke vode na kilovatno uro električne energije, ki ima strateško vrednost v puščavi na Bližnjem vzhodu.
Vesoljska fotovoltaika so vrhunske tehnološke sanje. Nasin program "Solar Power Satelit" poskuša namestiti fotovoltaične elektrarne v zemeljsko orbito, prenašanje električne energije nazaj na tla skozi mikrovalovne pečice z učinkovitostjo, ki ga dan, noč in vreme ne vplivajo. Japonska JAXA je zaključila testiranje 10KW vesoljskega fotonapetosnega prototipa in namerava do leta 2030 zgraditi demonstracijski sistem megavatne ravni. Kitajska vesoljska postaja Tiangong je opremljena tudi s prilagodljivimi fotovoltaičnimi moduli, s 30 -odstotno učinkovitostjo proizvodnje energije za vesoljsko fotovoltaiko.
"Raznoliko sobivanje" globalne fotovoltaične tehnologije je v bistvu odraz potreb različnih scenarijev. Kristalna tehnologija silicija išče ravnovesje med učinkovitostjo in stroški, tehnologija tankega filma raziskuje meje v posebnih scenarijih, nastajajoče tehnologije pa kažejo na prihodnje možnosti. Ta tehnološka konkurenca brez "končnega odgovora" spreminja fotovoltaične elektrarne iz ene same naprave za proizvodnjo električne energije v energijsko infrastrukturo, globoko integrirano s stavbami, prometom in prostorom, kar pospešuje hitrost globalne preobrazbe energije.