![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
solar-front.livejournal.com posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
engineering_ruПервооткрываетелем технлогии HIT (heterojunction with Intrinsic Thin-Layer solar cells, по-русски: гетеропереходные солнечные элементы(, является фирма Sanyo Electric Co. Ltd.
Я уже писал об очередном рекорде для этой технологии ранее. Пришла пора поговорить, о том, есть ли шансы у этой технологии завоевать рынок солнечных панелей. Ведь в 2012 году патент Sanyo перестал защищать первооткрываетеля, и сегодня эти элементы может делать любой.
В обычном, "традиционном" (см. рис. 1) солнечном элементе, КПД ограничен потерями носителями зарядов на поверхности кремниевой пластины. Если удалить оксид с поверхности такого кристалла, кремниевые атомы "крайние" в кристаллической решетке будут иметь оборванную связь, которая "ловит" заряды, и они таким образом, рекомбинируют. Т.е. мы их теряем.
HIT технология в настоящий момент конкурирует с традиционной технологией, где p-n переход формируется диффузией. И если традиционная технология демонстрирует сопоставимое КПД. Обычно это достигается благодаря сложным (а следовательно дорогим) ухищрениям. HIT, в свою очередь, не требует высокотемпературных операций, и следовательно, стоимость производства таких элементов значительно ниже.
Несколько лет назад Sanyo Electric Co. Ltd производило модули HIT -N235SE10 которые обладали КПД в 18.6% и мощность модуля : 235 Вт. С 8.08.2011 технология доступна всем: патентная защита Sanyo Electric Co. Ltd растворилась.
Panasonic выкупил Sanyo Electric Co. Ltd, а заодно и HIT технологию, но сегодня модули демонстрируют лишь на 0.5% выше КПД в модулях доступных на рынке: VBHN240SE10 und VBHN235SE10. Почему, какие сложности?
Еще факт: хотя Sanyo производит HIT с 1997 года, производство таких солнечных элементов не столь велико: 618 МВт в год (данные начала 2012).
Итак, что же содержит патент Sanyo от 1991 года? Речь идет о том, что если пластину (wafer) кремния покрыть аморфным кремнием, то продолжительность жизни зарядов в кристалле занчительно увеличится, благодаря снижению количества рекомбинационных центров на поверхности. Кроме того, в патенте едет речь и об одном "трюке": вместо аморфного кремния можно использовать микрокристаллический.
Если получить еще и дотированные слои с обоих сторон пластины, то мы получим p-i-n переход, и электроны и дырки можно будет разделить. То, что на рисунке в вверху ппоказано как нижний и верхний электрод, это структура состоящая из проводящего оксида и "расчески" металлического (обычно серебро) контакта.
(вот так выглядит обычный HIT элемент; светлые полоски это серебрянный контакт).
Достоинства HIT.
1) Благодаря симметричной структуре, такие солнечные элементы меньше реагируют на повышение температуры, и в них меньше механических напряжений. Потеря КПД на градус 0.3% вместо 0.45% (с-Si).
2) По сравнению с "традицонной" технологией обеспечивается большее напряжение между контактами.
3) Более тонкие кремниевые пластины можно использовать по сравнению с "традиционной" технлогией.
4) Процесс при температуре 200 С вместо 800 С.
Интерес к HIT привел к появлению целого семейства схожих элементов. Рисунок внизу (Photon, 11-2010) показывает структуры и достигнутые на 2010 КПД:
Для достижения паритета с японцами европейцы начали проек "Hetsi" в который было включено 6 исследовательских центров, два универа и ряд заинтересованных фирм. Проект начался в 2008 с бюджетом в 3.4 млн.евро. Цель: достигнуть КПД солнечного модуля не ниже 20 % при снижении производственных затрат на 50% (от уровня 2008 года). Т.е. уровень: 0.8 €/Вт.
Поэтому не удивительно, что в конце 2010 года фирма Roth & Rau собирала заказы на линию производства HIT c параметрами:
1) КПД элементов: 20%.
2) Производительность: 2400 пластин/ч
3) Доля брака: < 5%.
4) Прозрачный проводящий оксид: ITO (Оксид индия-олова).
5) Кремниевые пластины 125 х 125 см.
Специально для этого проекта Roth & Rau разработала реакторы PECVD (Плазмохимическое осаждение).
Основной проблемой по просочившимся в прессу данным является необходимость обеспечить высокую производительность с высокой воспроизводимостью и высоким КПД.
К сожалению проект заглох показав КПД лучших элементов на уровне 19-20 %.
Вот схема производственной линии (Photon, 11-2010):
Ну наверное как-то так...
Ну и возвращаемся к вопросу: эта технология наше будущее?
Я думаю, что "нет" или "не совсем". Поясню:
а) Я убежден, что в будущем энергетика будет более сложная, менее централизованная и различные технологии будут представлены на "солнечном" рынке. Т.е. монополии какой-то одной PV технологии не будет.
б) HIT освоит долю рынка, которую сегодня накрывает c-Si, возможно на лет 10 (см. анализ рынка). Но что произойдет дальше?
с) У HIT, как и у традиционной технологии, есть большой недостаток: необходима сложная, аккуратная, чистая система (следовательно дорогая) по транспортировке пластин между операциями. Этого недостатка нет в тонкопленочной технологии.
д) Сйчас кремний дешев. Производители кремния в минусах. Но, что произойдет с HIT и с-Si технологиями, когда Китай захватит рынок и поднимет цены?
Я уже писал об очередном рекорде для этой технологии ранее. Пришла пора поговорить, о том, есть ли шансы у этой технологии завоевать рынок солнечных панелей. Ведь в 2012 году патент Sanyo перестал защищать первооткрываетеля, и сегодня эти элементы может делать любой.
В обычном, "традиционном" (см. рис. 1) солнечном элементе, КПД ограничен потерями носителями зарядов на поверхности кремниевой пластины. Если удалить оксид с поверхности такого кристалла, кремниевые атомы "крайние" в кристаллической решетке будут иметь оборванную связь, которая "ловит" заряды, и они таким образом, рекомбинируют. Т.е. мы их теряем.
HIT технология в настоящий момент конкурирует с традиционной технологией, где p-n переход формируется диффузией. И если традиционная технология демонстрирует сопоставимое КПД. Обычно это достигается благодаря сложным (а следовательно дорогим) ухищрениям. HIT, в свою очередь, не требует высокотемпературных операций, и следовательно, стоимость производства таких элементов значительно ниже.
Несколько лет назад Sanyo Electric Co. Ltd производило модули HIT -N235SE10 которые обладали КПД в 18.6% и мощность модуля : 235 Вт. С 8.08.2011 технология доступна всем: патентная защита Sanyo Electric Co. Ltd растворилась.
Panasonic выкупил Sanyo Electric Co. Ltd, а заодно и HIT технологию, но сегодня модули демонстрируют лишь на 0.5% выше КПД в модулях доступных на рынке: VBHN240SE10 und VBHN235SE10. Почему, какие сложности?
Еще факт: хотя Sanyo производит HIT с 1997 года, производство таких солнечных элементов не столь велико: 618 МВт в год (данные начала 2012).
Итак, что же содержит патент Sanyo от 1991 года? Речь идет о том, что если пластину (wafer) кремния покрыть аморфным кремнием, то продолжительность жизни зарядов в кристалле занчительно увеличится, благодаря снижению количества рекомбинационных центров на поверхности. Кроме того, в патенте едет речь и об одном "трюке": вместо аморфного кремния можно использовать микрокристаллический.
Если получить еще и дотированные слои с обоих сторон пластины, то мы получим p-i-n переход, и электроны и дырки можно будет разделить. То, что на рисунке в вверху ппоказано как нижний и верхний электрод, это структура состоящая из проводящего оксида и "расчески" металлического (обычно серебро) контакта.
(вот так выглядит обычный HIT элемент; светлые полоски это серебрянный контакт).
Достоинства HIT.
1) Благодаря симметричной структуре, такие солнечные элементы меньше реагируют на повышение температуры, и в них меньше механических напряжений. Потеря КПД на градус 0.3% вместо 0.45% (с-Si).
2) По сравнению с "традицонной" технологией обеспечивается большее напряжение между контактами.
3) Более тонкие кремниевые пластины можно использовать по сравнению с "традиционной" технлогией.
4) Процесс при температуре 200 С вместо 800 С.
Интерес к HIT привел к появлению целого семейства схожих элементов. Рисунок внизу (Photon, 11-2010) показывает структуры и достигнутые на 2010 КПД:
Для достижения паритета с японцами европейцы начали проек "Hetsi" в который было включено 6 исследовательских центров, два универа и ряд заинтересованных фирм. Проект начался в 2008 с бюджетом в 3.4 млн.евро. Цель: достигнуть КПД солнечного модуля не ниже 20 % при снижении производственных затрат на 50% (от уровня 2008 года). Т.е. уровень: 0.8 €/Вт.
Поэтому не удивительно, что в конце 2010 года фирма Roth & Rau собирала заказы на линию производства HIT c параметрами:
1) КПД элементов: 20%.
2) Производительность: 2400 пластин/ч
3) Доля брака: < 5%.
4) Прозрачный проводящий оксид: ITO (Оксид индия-олова).
5) Кремниевые пластины 125 х 125 см.
Специально для этого проекта Roth & Rau разработала реакторы PECVD (Плазмохимическое осаждение).
Основной проблемой по просочившимся в прессу данным является необходимость обеспечить высокую производительность с высокой воспроизводимостью и высоким КПД.
К сожалению проект заглох показав КПД лучших элементов на уровне 19-20 %.
Вот схема производственной линии (Photon, 11-2010):
Ну наверное как-то так...
Ну и возвращаемся к вопросу: эта технология наше будущее?
Я думаю, что "нет" или "не совсем". Поясню:
а) Я убежден, что в будущем энергетика будет более сложная, менее централизованная и различные технологии будут представлены на "солнечном" рынке. Т.е. монополии какой-то одной PV технологии не будет.
б) HIT освоит долю рынка, которую сегодня накрывает c-Si, возможно на лет 10 (см. анализ рынка). Но что произойдет дальше?
с) У HIT, как и у традиционной технологии, есть большой недостаток: необходима сложная, аккуратная, чистая система (следовательно дорогая) по транспортировке пластин между операциями. Этого недостатка нет в тонкопленочной технологии.
д) Сйчас кремний дешев. Производители кремния в минусах. Но, что произойдет с HIT и с-Si технологиями, когда Китай захватит рынок и поднимет цены?
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2013-03-17 02:24 am (UTC)В условной Сахаре или во вполне конкретных Чили или Перу такой подход не катит. А когда ещё и трясёт периодически с магнитудой больше 8, то солнце и ветер очень даже привлекательны.
no subject
Date: 2013-03-17 05:39 am (UTC)no subject
Date: 2013-03-17 09:37 am (UTC)Не больше. Мы тут развлекались-считали
http://engineering-ru.livejournal.com/45078.html?thread=1201942#t1201942
"Мощность" квадратного метра рапсового поля 0,1 Вт.
no subject
Date: 2013-03-17 07:02 pm (UTC)По вашим расчётам с 1 га леса будет
12 000*20= 240 000 МДж, с 1 га фотовольтика будет 71.4 GW·h =257 000 000 МДж /133 = 1 900 000 МДж. Да, почти в 8 раз выход больше, верно, я ошибся.
Но и затраты в 100 млн евро на станцию или 750 000 евро/га при текущих ценах 0,11 за квт/ч в Германии http://www.energy.eu/ будут 7 000 000 КВТ/ч при производительности в 71 400 000 / 133 = 540 000 КВТ/ч с га в год. Это с точки зрения энергии.
Со стороны финансов при текущих ценах выручка примерно 8 млн евро в год, напомню затраты 100 млн. - дровами выгоднее.
лихо
Date: 2013-03-17 08:49 pm (UTC)А цена за квч взята для индустрии, для частника она более чем в два раза выше.
А с доходом в 8 млн. в год окупаемость 12 лет. А с ценами в два раза выше: 6 лет. Опа!
Иш ты, он с невежеством решил побороться, а сам..."верно, я ошибся". :-)
А то, что " обычные" квч каждый год " растут" он тоже "забыл". А фотовольтаика за год упала в цене на половину.
Смотри-ка как считать начал так и интереснее стало!:-)
А то, что это германия и бабло не на деревьях растет и срок окупаемости даже 12 лет это просто супер, это мелочи.
Да и с лесом, честно говоря не спец, а тем не менее сжечь без потерь и для площади и для энергии не получиться...
Re: лихо
Date: 2013-03-18 06:45 am (UTC)У тебя не учтенны линии передач, которые надо делать в 6-7 раз мощнее - сколько будет стоить? Ты знаешь во сколько обойдётся лишняя линия 500 КВ на всего 1 ГВТ мощности? Ты её видел? Ты представляешь вообще зачем она? Почему ты не пишешь про сеть тогда?
По стоимости энергии новая ПГУ (ты знаешь такое слово?) окупит затрвты свои за 2-3 года по той же методе, ты ведь наверное что-то знаешь о финансовом планировании? и линии нужны в 8 ! раз меньше, ты понимаешь наверно, что энергию тебе передавать надо? И какие затраты на строительство подстанции, а какие они если подстанция в 8 раз больше требуется.
Ты не ошибаешься, особенно в том чего не знаешь, не надо ничего знать - прочитал рекламы спец по батарейкам с прайсом от китайского производителя.
Re: лихо
Date: 2013-03-18 06:50 am (UTC)Что ты все ишаков в других видишь? Не равнодушен?
(Немецкая пословица) для свиньи весь мир: свинья.
Re: лихо
Date: 2013-03-18 09:20 am (UTC)Re: лихо
Date: 2013-03-18 11:34 am (UTC)Re: лихо
Date: 2013-03-18 11:01 pm (UTC)Re: лихо
Date: 2013-03-19 08:44 am (UTC)Еще одна поправочка
Date: 2013-03-18 06:49 am (UTC)В Африке и так жрать нечего, у них каждый гектар плодородной почвы должен быть на счету.
no subject
Date: 2013-03-18 10:19 am (UTC)Эта технология реализуется в ближайшие 10-15 лет. Уже сегодня можно подобрать достаточно быстро растущие водоросли живущие в поверхностном слое и модифицировать их на интенсивную выработку углеводов и ячеек наполненных воздухом. По отдельности эволюция уже отработала эти технологии. Остается только разработать агротехнику на основе современной гидропоники и технология в шляпе.
Судя по википедии, сахарный тростник дает 7500 литров с га (750 м^3 с км^2) в год. Для пены КПД можно поднять как минимум вчетверо за счет более полного использования солнечной энергии и отказа от непроизводительных частей вроде ствола и корневища. Допустим мы получаем 3000 кубов спирта c км^2 в год. Теплота сгорания 24.2 * 10^6 дж/кг. Итого 3 * 10^6 * 24.2 * 10^6 / (365 * 24 * 3600) / 10^6 итого 2.3 Вт На первый взгляд немного но, энергия получается в теплом климате круглый год непрерывно, имеет небольшие операционные издержки и уже упакована в удобную для хранения форму. А лет за 25 экспериментов КПД можно поднять еще в несколько раз за счет увеличения продуктивности пены.
Вопросы
Date: 2013-03-18 10:30 am (UTC)б) Кто будет жить-поселится в таких "прудах"?
с) Согласны ли Вы иметь это под своим окном?
в сторону от эффективности: если перегонять в спирт то, что без трактора, одной сохой получат индейцы в южной америке, то КПД будет просто зашкаливать. А если еще и продавать им удобрения и семенной материал, то может оказаться весьма выгодным (не для индейцев, конечно).
Re: Вопросы
Date: 2013-03-18 12:52 pm (UTC)б) мелкие ракообразные поселятся сами. Вероятно стоит подселить мелкую рыбу чтоб их жрала. Не думаю что фауна будет сильно отличаться от современных рисовых полей.
с) Конкретно под моим окном эта штука экономически неоправданна поскольку 7 месяцев в году под моим окном вода находится в твердом состоянии. Вообще этот вопрос подозрительно напоминает один нечестный полемический прием. Зачем вообще ставить эту штуку у кого-то под окном? На земле есть куча мест, где нет ни людей, ни окон. Центр северной амрики, Австралия, средняя азия или северная африка вполне подходящие места.
>если перегонять в спирт то, что без трактора
Как раз для этой технологии, в отличие от рапса, трактор не нужен. Кроме рассады и труда вообще ничего не нужно. Рисовые поля китайцы до сих пор обслуживают вручную и на эффективность не жалуются. А удобрения, как минимум азот и фосфор, разумеется потребуются. Если говорить про экономику, скорее всего запуск будет стоить примерно столько же сколько запуск современной гидропонной фермы на порядок меньшего объема. Индейцам оно в любом случае не по карману, вероятные кандидаты это истощенные земли Техаса и Мексики.
>не для индейцев, конечно
Если для индейцев это будет невыгодно, они не станут этим заниматься.
Re: Вопросы
Date: 2013-03-18 01:32 pm (UTC)б) ОК, фауна будет, пахнуть будет, но далеко.
с) "нечестный полемический прием" это почему же?? Вам ведь нужно доставить этот спирт, ведь под окном у вас такого не будет и вы этого не хотите. Посчитайте сколько нужно потратить чтобы доставить это к Вам. Или будете провода тянуть из Австралии?
> "обслуживают вручную " и как будем эффективность считать? КПД? по китайским какашкам? Работник наверное что, то кушает, живет наверное где-то. А если работник захочет вдруг жить и кушать как в Норвегии? Не имеет права? КПД будем считать в Италии или Анды подтянем? "истощенные земли Техаса и Мексики" и работать на них кто будет? И долго как? А коли восстание-бунт-революция? Расходы на ее подавление в КПД включим?
>"Если для индейцев это будет невыгодно, они не станут этим заниматься." Да, что вы говорите! И почему индейцы остаются бедными индейцами?
Re: Вопросы
Date: 2013-03-18 04:45 pm (UTC)б) С чего бы. Самая вонючая фауна это свинья. От крупных свиноферм несет максимум на 5 километров. Не селиться от прудов на этом расстоянии ни разу не проблема.
с) Потому что это переход на личности. Если решение неприменимо для меня, это не значит что оно неприменимо вообще нигде. В Австралии и штатах есть свои потребители, которые радостно сожгут весь спирт, который выработают. А России придется либо гонять танкеры со спиртом либо обходиться дорожающей нефтью, либо делать краснодар и алтай спиртовой житницей в ущерб пшенице.
>и как будем эффективность считать?
По деньгам, разве можно как-то еще? Сколько получаем, за вычетом того сколько тратим. Конкретные расчеты и сравнение с солнечными батареями оставляю вам в качестве домашнего задания. Тут все таки engineering, а не economics.
>КПД?
Энергетический баланс положительный, как я это только что показал.
>Работник наверное что, то кушает, живет наверное где-то. А если работник захочет вдруг жить и кушать как в Норвегии? Не имеет права? КПД будем считать в Италии или Анды подтянем?
При чем тут вообще работник? Почему для животноводческих ферм у вас таких вопросов не возникает, а для спиртовых возникают? Нужно разделять технический КПД и экономическую эффективность. Работник это условно сколько-то тысяч долларов в месяц. Где и с кем он спит, кого он ест и чего он хочет на экономику не влияет.
>"истощенные земли Техаса и Мексики" и работать на них кто будет?
Те, кто занимался там земледелием до того как эти земли истощились. При современном уровне миграции найти работников вообще не проблема. Вы похоже не очень представляете сколько их нужно. Среднепотолочно двух человек на км^2 за глаза, поскольку число ручных, да и вообще любых, операций минимально.
>И долго как?
Пока технология экономически выгодна.
>А коли восстание-бунт-революция? Расходы на ее подавление в КПД включим?
Бунт/революция это политика а не экономика. Тот же вопрос можно задать и про солнечные батареи.
Если говорить про старт, то эта технология начнется так: крупный нефтяной концерн финансирует исследования в области альтернативной энергии, от биодизеля до торсионных полей. В какой-то момент биологи говорят "Ок, мы готовы" а цены на топливо достигают необходимого уровня и проекту дается старт. Компания выкупает за бесценок бросовые земли и начинает устраивать на них пруды. Если местных рабочих рук недостаточно, привлекаются работники из других частей страны. Через 20 лет компания контролирует 80% поставок биоэтанола.
Re: Вопросы
Date: 2013-03-19 09:24 am (UTC)вы берете 3000 кубов спирта с кв. км. Верно? Хоть вы взяли и рекордные 750 и умножили их на то ЧТО БУДЕТ когда нибудь. Ерунда, оставим 3000 кубов. Согласны?
3000кубов в год это:
3000*1000/1е6= 3 литра этанола с кв. метра.
Согласны?
Энергии: (хотя литры которые на 20% легче воды умножать на кг не корректно, но ладно: еще +20% специально для Вас)
3 х 24.2 * 10^6 дж/кг= 72.6 МДж получим с квадратного метра.
Согласны?
Теперь сделаем Вам еще подарок, не Сахара, не. Мурманск. там в год падает на кв. м: 900кВтч
http://solar-front.livejournal.com/12492.html
А 900 кВтч в Мурманске это 3200 МДж. Это значит, что стандартная солнечная батарея на 1 кв.м соберет около 70 кВтч или 250 МДж.
73 МДж (со всеми Вашими накрутками в БУДУЮЩЕМ) против 250 МДж (СЕЙЧАС в холодном Мурманске).
Именно по этому я рассказывал Вам про индейцев: строить фотовольтаику сложно, а нагнуть индейцев атимной бомбой просто.
no subject
Date: 2013-03-18 11:20 am (UTC)Поясните.
Date: 2013-03-18 11:35 am (UTC)Re: Поясните.
Date: 2013-03-18 03:09 pm (UTC)Классное растения, да?
Re: Поясните.
Date: 2013-03-18 03:26 pm (UTC)А стёб хорош. +1
Re: Поясните.
Date: 2013-03-19 08:46 am (UTC)