Technologiniame fotoelektrinių elektrinių žemėlapyje skirtingos šalys ir įmonės sudarė išskirtinius technologinius maršrutus, pagrįstus jų išteklių fondais ir pramoniniais pranašumais. Nuo dominuojančios kristalinės silicio technologijos rinkoje iki diferencijuotos plonos plėvelės fotoelektros ir iki pažangiausių kylančių technologijų tyrinėjimų, šis dešimtmečių ilgio „kelio mūšis“ ne tik paskatino nuolatinius fotoelektrines efektyvumus, bet ir suformavo skirtingą fotoelektros pramonės pasiskirstymą, o fotovoltines energijos efektyvumas yra skirtingas, bet ir suformavo skirtingą fotoelektros pramonės pasiskirstymą.
1 „Crystal Silicon“ technologija: absoliuti pasaulinės fotoelektros pagrindinė dalis
Kristalinės silicio fotoelektros, turinčios brandą ir ekonomiškumą, užima daugiau kaip 90% visos fotoelektrinių elektrinių rinkos dalies ir toliau yra suskirstytos į dvi pagrindines filialus: monokristalinį silicio ir polikristalinį silicį. Kinija yra monokristalinės silicio technologijos lyderė, kuri pagerino monokristalinių silicio ląstelių efektyvumą iki 26,1% ir sumažino išlaidas iki 0,15 JAV dolerių už vatą per technologines naujoves, tokias kaip deimantų vielos pjaustymas ir PERC (pasyvus emiteris ir galinės ląstelės). 1,2GW Monokristalinė silicio fotoelektrinė elektrinė Changji mieste, Xinjiang, naudoja 182 mm didelio dydžio modulius, kurių kaina yra tik 0,18 juanių už kilovatvalandę, tai yra 12% mažesnė už tradicinius modulius ir tapo etalonu pasaulinei prieinamam tinklui.
„Polycristalline Silicon“ technologija palaiko tam tikrą dalį Europos ir Amerikos rinkose, o jos pranašumai yra paprastas medžiagų paruošimas ir puikus atsparumas radiacijai. Nors „First Solar“ polikristalinių silicio modulių efektyvumas yra šiek tiek mažesnis (19-20%), jie stabiliai veikia aukštos temperatūros ir didelės spinduliuotės dykumos elektrinėse. 550 MW galios polikristalinė silicio elektrinė Arizonoje yra 3 procentinių punktų mažesnis nei 45 laipsnių galios susilpnėjimo greitis. Korėjos kompanijos padidino medžiagų grynumą iki 99,999%, naudodamos polikristalinę silicio technologiją, todėl polikristalinio silicio ląstelių efektyvumas viršijo 22%, o tai įgijo palankumą paskirstytose fotoelektrinėse elektrinėse Vokietijoje.
Kristalinės silicio technologijos ateitis yra N tipo baterijų proveržis. Kinijos „Topcon“ (tunelio oksido pasyvumo kontaktų) ląstelės, Japonijos HJT (heterojunkcijos) ląstelės, o Europos IBC (kryžminio piršto nugaros kontaktinės) ląstelės siekia daugiau nei 27%efektyvumo. „100MW“ „Topcon“ elektrinė Hefei mieste, Anhui, padidino savo energijos generavimą 8%, palyginti su tradicinėmis Perc elektrinėmis; HJT demonstracinė jėgainė Hokkaido mieste, Japonijoje, palaiko 95% išėjimo efektyvumą net esant žemai –20 laipsnių temperatūrai, suteikdamas naują sprendimą fotoelektrinėms reikmėms didelėms platumos regionams.
2 plonos plėvelės fotoelektros: sutrikdytas diferencijuotuose scenarijuose
Nors plonųjų filmų fotoelektros rinkos dalis yra mažesnė nei 10%, jie yra nepakeičiami tokiose srityse kaip BIPV (integruota statybos fotoelektros) ir lanksčiai scenarijai, sudarantys ekosistemą, papildančią kristalinę silicio technologiją. Kadmio Telluride (CDTE) plonos plėvelės yra pagrindinė plonos plėvelės fotoelektros dalis. „First Solar“ CDTE modulių Jungtinėse Valstijose efektyvumas yra 22,1%, o gamybos kaina-tik 0,12 USD už vatą, ir tai suteikia išlaidų pranašumą didelio masto žemės elektrinėse. „Katherine“ fotoelektros elektrinė Australijoje, naudojant 4,2 GW CDTE modulius, yra didžiausia plonųjų filmų fotoelektrinės elektrinė pietiniame pusrutulyje. Silpnas jos reakcijos į šviesą efektyvumas yra 15% didesnis nei kristalinių silicio modulių, todėl jis ypač tinkamas debesuotam orui Šiaurės Australijoje.
Vario indio galio selenido (CIG) plonos plėvelės yra žinomos dėl savo lankstumo. CIG lankstus komponentas iš „Meyer Burger“ Vokietijoje, kurio storis yra tik 0,3 mm, gali būti sulenktas į 5 cm spindulio lanką ir yra plačiai naudojamas mobiliuosiuose scenarijuose, tokiuose kaip RV ir palapinės. Arkties tyrimų stotis Norvegijoje apima tyrimų indo viršutinę dalį su CIGS plėvele, kad būtų galima įrangai suteikti įrangai per poliarinę dieną, o jo atsparumas šalčiui buvo patikrintas atliekant –60 laipsnių bandymus. Kinijos „Hanergy“ grupė stengiasi statyti užuolaidų sienas. „BIPV“ dangoraižio projekte Šanchajuje naudojami spalvotos cigs plonos plėvelės komponentai, kurie ne tik patenkina estetinius architektūros poreikius, bet ir pasiekia kasmetinę 120000 kWh energijos gamybą.
Plonos „Perovskite“ plėvelės yra laukiamiausios kylančios jėgos. JK Oksfordo universiteto sukurto „Perovskite“ modulio efektyvumas yra 31,3%, o žaliavų išlaidos yra tik 1/20 kristalinio silicio. „Neom Future City“ Saudo Arabijoje planuoja pastatyti pirmąjį pasaulyje GW lygį „Perovskite“ saulės elektrinę, panaudodama gausius vietinius šviesos išteklius ir sujungdama perovskito aukštos temperatūros stabilumą, kad būtų sumažintos tikslinės elektros energijos kainos iki 0,01 JAV dolerių už kilovatvalandę. Tačiau perovskito patvarumą dar reikia pagerinti. Lauko bandymai Šveicarijoje parodė, kad dabartinė perovskito komponentų, esančių ultravioletinėje šviesoje, gyvenimo trukmė yra apie 2000 valandų, tai yra tik 1/5 kristalinio silicio. Visame pasaulyje įmonės gerina savo stabilumą naudodamos pakavimo technologijas.
3 kylančios technologijos: fotoelektrinės ateities kryžminis tyrimas
Fotoelektros integracija su kitomis technologijomis sukėlė labiau įsivaizduojamus taikymo scenarijus. Hibridinė fotoelektros ir saulės šilumos sistema buvo patvirtinta Ispanijos „Andasol“ elektrinėje. Jis generuoja elektrą per koncentruotą fotoelektrą (CPV) ir naudoja šilumos atliekas šildymui, pasiekdamas išsamų 80% energijos sunaudojimo efektyvumą, ty 50% didesnį nei grynos fotoelektrinės. Izraelio SDE „Boker“ saulės energijos tyrimų centras sukūrė fotoelektrinę+jūros vandens gėlinimo sistemą, kuri gali pagaminti 1,5 litro gėlo vandens per kilovatvalandę elektros energijos, kuri turi strateginę vertę Vidurinių Rytų dykumos regione.
Kosmoso fotoelektros yra didžiausia technologinė svajonė. NASA „Saulės energijos palydovo“ programa bando dislokuoti fotoelektrines elektrines Žemės orbitoje, perduodant elektrą atgal į žemę per mikrobangas, kurių efektyvumas nėra paveiktas dienos, nakties ir oro. Japonijos „Jaxa“ baigė 10 kW WAP fotoelektrinės prototipo bandymą ir iki 2030 m. Planuoja sukurti megavatų lygio demonstravimo sistemą. Kinijos „Tiangong“ kosminė stotis taip pat aprūpinta lanksčiais fotoelektriniais moduliais, kurių energijos gamybos efektyvumas yra 30%, kaupianti techninę patirtį kosminės fotoelektros.
Pasaulinės fotoelektrinės technologijos „įvairus sambūvis“ iš esmės atspindi skirtingų scenarijų poreikius. Kristalinės silicio technologijos siekia pusiausvyros tarp efektyvumo ir išlaidų, plonos plėvelės technologijos tiria ribas specialiuose scenarijuose, o kylančios technologijos rodo ateities galimybes. Ši technologijų konkurencija be „galutinio atsakymo“ keičia fotoelektrines elektrines iš vieno energijos gamybos įrenginio į energijos infrastruktūrą, giliai integruotą su pastatais, transportavimu ir erdve, pagreitindama pasaulinės energijos transformacijos tempą.