탄소중립을 위한 친환경 기술 혁신 중 태양광 페인트

태양 에너지는 증대하는 에너지 수요를 충족시키기 위해 기후 친화적이고 잠재적으로 지속 가능한 해법을 제공합니다. 전통적인 태양전지판은 일부 태양 표면에 설치하기 어려운 공간적으로 비용이 많이 들고 딱딱하며 부피가 큰 장치. 따라서 태양열 발전을 위한 토지의 가용성은 농업에 사용되는 토지와 경쟁하기 때문에 태양에너지를 대규모로 도입하는 데 중요합니다. 최근 몇 년간 태양전지판의 휴대성, 유용성 및 기존 태양전지판의 교체 가능성 때문에 태양전지판이 많은 관심을 받고 있습니다. 태양 염료는 햇빛을 흡수하고 모든 표면을 전기 에너지로 바꾸는 능력을 가지고 있습니다. 이러한 페인트는 주택, 차량, 도로 표면에 도포할 수 있으며 모든 표면을 에너지 발전기로 전환할 수 있습니다. Solar Paint의 장점은 구성 요소의 조정 가능한 크기, 유연성 및 제조 용이성입니다. 이런 염색 장치를 작동하는 주요 기술은 얇은 필름, 깃털이 달린 태양전지판, 수소 전지판이다. 그 안에는 얇은 필름과 할로겐화 페로브스카이트 기술에 대한 인상적인 문헌이 있습니다. 따라서 태양 전지판 사용에 대한 잠재적인 후보가 될 수 있습니다. 그러나 실제 환경에서는 전기를 상업적 용도로 전환하는 효율성과 안정성을 향상하기 위해 훨씬 더 많은 작업이 이루어져야 합니다. 이 리뷰 기사는 상용화 전 마지막 마일을 극복할 필요성을 강조하면서 최근 태양 페인트 기술의 몇 가지 발전을 살펴봅니다. 태양 염료는 기후 변화에 크게 기여하지 않고 전 세계 에너지 수요를 충족시키는 중요한 요소가 될 수 있습니다.

태양 페인트의 원리

전통적인 태양전지판(결정질 Si)은 지난 수십 년간 태양광 산업을 지배해 왔습니다. 그러나 넓은 공간을 차지하는 지붕 패널 설치의 어려움은 주택 소유자가 태양 에너지로 전환하는 것을 막습니다. 얇은 필름을 장착한 태양 전지판은 기존 태양 전지판을 대체할 수 있습니다. 태양의 염료는 단지 페인트에 지나지 않습니다. 우리는 표면을 태양 전지판으로 바꿀 수 있습니다. 그것은 또한 태양 에너지를 포획하여 전기로 변환할 수 있는 태양 페인트로도 알려져 있습니다. 태양열 집광기의 장점은 집사람이 지붕에 태양전지판을 설치해 전기를 생산할 필요 없이 이들의 손으로 지붕을 칠할 수 있다는 것. 페인트는 일반 페인트와 비슷하지만 기본적으로 빛에 민감한 물질 입자를 포함하고 있어 일반 페인트를 에너지를 포착할 수 있는 페인트로 변환합니다. 태양 페인트는 건물, 도로, 철도 차량 또는 차량 등의 모든 표면을 태양열 발전기로 변환하여 에너지 수요를 충족시킬 수 있습니다.

 

수확되는 총 태양에너지는 지구가 받는 것에 비하면 미미하다는 것. 이는 또한 지구에서 소비되는 총에너지의 상대적으로 작은 부분. 태양에너지를 모을 가능성은 무궁무진합니다. 가장 널리 사용되는 태양 전지판은 실리콘이지만, 그것들은 매우 비쌉니다. 반면 유기 태양전지의 사용은 천천히 발전하여 생산 용이성, 상대적으로 저렴하고 다양한 용도에 맞게 분자 특성을 조정할 수 있다는 점에서 무기성 태양전지에 비해 상당한 이점을 제공함. 그러나 상용화의 주요 과제는 무기 배터리에 비해 효율성이 낮다는 것. 태양 염료는 나노크리스털 잉크, 나노크리스털 광전지, 얇은 PV 필름용 스프레이, 퀀텀닷 솔라 페인트 등 다양한 변화를 겪었습니다. 간단히 말하면, 그것들은 모두 얇은 필름의 범주에 속합니다. 이 용액은 플라스틱이나 유리 물질에 분무되어 태양 전지 패널을 만듭니다.

박막 기술의 등장

얇은 필름의 기술은 비교적 젊습니다. 얇은 필름 기술 실험실의 효율성은 결정 기술의 효율성에 뒤처질 수 있지만, 지난 10여 년 동안 그것의 개선 속도는 훨씬 빨랐습니다. 얇은 필름 기술의 효과는 지난 10년간 거의 두 배로 증가했습니다. 마지막으로, 멀티 커넥트 필름 기술은 현재 위성 및 항공 우주 애플리케이션에만 사용되는 별도의 고가 고성능 카테고리입니다. 기술의 발전으로 이 범주를 태양 도장에 사용할 수 있을 것으로 예상됩니다.

 

자본 비용 비교로 Forbes Home은 매주 태양 에너지 비용을 비교합니다. 그것은 또한 태양 전지판의 비용을 얇은 필름의 비용과 비교합니다. 6KW 시스템의 경우 지역에 따라 비용이 다르지만 언급된 결정 패널의 평균 비용은 패널당 약 16,000달러입니다. 이에 비해 6MW급 얇은 필름의 가격은 6MW급 시설당 6000~9000달러. 태양 전지판을 설치하는 데 드는 땅값은 그 차이를 더 크게 만들 수 있습니다.

 

균등 에너지 비용(LCOE)은 총전력비로 현재 에너지 단위의 순 비용인 발전 자산의 전체 수명 동안 전기를 생산하는 데 사용되는 에너지 비용입니다. 이것은 기술 진보가 오랜 세월에 걸쳐 미치는 영향을 비교하는 데 도움이 됩니다. LCOE에 영향을 미치는 요인으로는 시스템 효율성, 신뢰성 및 성능, 프로젝트 비용을 상쇄하는 데 도움이 되는 주요 인센티브 등이 있습니다. 간단히 말하면, 이것은 발전하는 전기의 가치를 측정하는 것입니다. 그것은 간단하고 알기 쉽기 때문에 널리 사용되고 있습니다. LCOE는 좋은 지표이지만 몇 가지 단점이 있습니다. 재정적인 결정을 내릴 때 고려해야 할 비용의 관련 측면은 모두 무시할 수 있습니다. 그것은 프로젝트의 위험과 불확실성을 고려하지 않습니다. 금리나 설비 투자와 같은 측면은 일반적으로 고려되지 않습니다. 그러나 LCOE는 다음을 위한 좋은 도구입니다.

태양 페인트의 수소

수소는 이 기술의 핵심 요소. 수소를 태우는 것은 물이기 때문에 매우 깨끗합니다. 이 개념의 일환으로 수소 가스는 태양 에너지를 사용하여 생산됩니다. 수소 가스는 친환경 연료로서 큰 가능성을 가지고 있습니다. 그것은 수분을 흡수하고, 태양 에너지를 이용해 수소와 산소로 분해합니다. 저장된 수소는 나중에 전기를 생산하는 데 사용됩니다. 페인트에 포함된 몰리브덴의 합성 황화물은 수분을 흡수합니다. 태양 염료는 태양 에너지 조건에서 수분을 수소와 산소로 변환하는 데 도움이 되는 산화티타늄을 포함하고 있습니다. 그것은 친환경 연료원인 수소를 생산합니다. 이 과정은 깨끗한 물을 필요하지 않습니다. 태양전지판 상용화의 주요 과제는 사용이 끝난 수소저장장치 설계. 소형 수소 저장 시스템과 수소 수송을 위한 파이프라인 인프라가 연구되고 있습니다. 이것은 미래의 수소 기반 자동차에 도움이 될 가능성이 있습니다. 만약 우리가 버려진 수소를 잡을 방법을 찾을 수 있다면, 그것은 고층 빌딩에도 적용할 수 있습니다.

퀀텀닷 태양전지(QDSC) 기반 태양광 페인트

QDSC(Qazault Synthetic Experiment Solutions) 기술은 QD 흡수 장치에 대해 선호되는 광전자 특성을 가지고 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 안정성, 규제된 수확 범위, 비용 효율, 가용성 및 높은 흡수율입니다. 이러한 반도체 결정체는 이미 태양전지와 LED에 사용되고 있습니다. 양자 지점은 조정 가능한 대역폭을 가지고 있으며, 그 크기의 변화는 다양한 양의 햇빛을 흡수할 수 있습니다. 반도체는 빛을 잡아 전류로 변환시킵니다. 콜로이드 양자점의 가장 큰 장점 중 하나는 그것들이 일반적인 실리콘 태양전지보다 저렴하다는 것. 이것은 발전 비용을 절감합니다. QDSC의 또 다른 장점은 광흡수 스펙트럼이 양자점의 크기를 변경해 변경할 수 있다는 것. QD의 매우 작은 크기는 떨어지는 태양 광선을 쉽게 포착할 수 있게 해 줍니다. 나노 입자를 태양전지에 통합하면 태양전지의 양자 지점이 더 넓은 범위의 빛을 포착할 수 있습니다.

 

적외선 조명이 있어 일반 태양 전지판보다 밝습니다. 이로 인해 태양계는 훨씬 효율적이게 됩니다. 나노 입자는 매우 작습니다. 작은 QD 나노입자는 액체 페인트와 혼합한 후 그것들을 층층이 쌓을 수 있습니다. 이 기술은 기존의 태양 전지판보다 효율적일 가능성이 있습니다. 실리콘, 카드뮴 텔루라이드 또는 전통적인 Cu(In, Ga) Se(CIGS) 배터리와 같은 일부 벌크 소재를 대체하는 데 도움이 됩니다. QDSC의 과제는 여전히 효율성이 18%(32)에 불과하다는 것입니다. 양자택일 기술의 광범위한 사용을 보장하기 위해 변환 효율성을 높이기 위한 연구가 진행 중입니다. 이 기술은 효율성이 향상되고 가격이 하락할 경우 대규모로 도입될 수 있습니다.

결론

태양 염료는 독립적인 상업화 이전에 효율성과 안정성 측면에서 상당한 개선이 필요합니다. 다양한 연구팀이 태양 염료에 대한 연구 격차를 해소하기 위해 노력하고 있습니다. 예를 들어, 우리는 생성된 에너지의 흐름을 효과적이고 안전하게 포착하고 수소를 안전하게 저장하기 위해 확대 및 세포에서 Pb와 Ti의 안전하고 저렴한 대안을 찾고 있습니다. 태양열 페인트는 전자장치, 창문, 차량 및 지붕 페인트 적용으로 시작해 광범위한 응용 분야에서 파괴적인 혁신입니다. 이는 미개척 신시장을 지배하는 신기술. 태양광 발전용 페인트의 상용화는 연구개발의 진전이 지속되면 가까운 미래에 달성할 수 있을 것입니다. 태양열 산업은 기술적 진보를 통해 계속 발전하고 있으며, 그에 따라 효율성과 에너지 수집 비용을 증가시키고 감소시키고 있습니다. 산업은 항상 유연하고 빠르게 변화하며 새로운 재료, 더 빠른 프로세스 및 새로운 금융 모델을 채택해 왔습니다. 태양 염료의 개발은 1970년대 이래로 태양 사진 기술의 다른 많은 발전이 뒤따른 궤도를 따라가고 있는 것처럼 보입니다. 태양 염료 기술이 진화 단계에서 유지되는 것이 중요합니다.

 

기술이 독자적으로 될 때까지 이 작업은 산업과 공공 자금의 협력을 통해 지원되어야 합니다. 벤처캐피털과 ESG 포트폴리오(환경, 사회, 관리)가 주도하는 투자 도구는 태양 도장 기술 스타트업에 자금을 지원할 수 있습니다. 많은 비영리 단체는 관련된 연구 개발 분야에 보조금을 지급할 수 있습니다. 전통적인 태양광 발전소에는 할당된 토지가 대량으로 필요합니다. 이들은 지상 3-10 에이커 면적에 1 메가와트(MW)의 전기를 생산할 수 있을 것으로 추정됩니다. 그러한 직접적인 농지 경쟁은 미래의 식량 생산을 위한 에너지의 희생을 의미하며, 그 반대도 마찬가지입니다. 얇은 필름 기술, 특히 솔라 페인트는 에너지를 생산하기 위해 특별한 공간을 필요하지 않습니다.