Чаму фотаэлектрычная генерацыя можа займаць лідзіруючыя пазіцыі ў вытворчасці электраэнергіі з аднаўляльных крыніц энергіі?

Спажыўцы, прамысловасць і ўрады прымаюць меры па павелічэнні выкарыстання аднаўляльных крыніц энергіі.Гэта падштурхоўвае сістэму выпрацоўкі і размеркавання электраэнергіі ад цэнтралізаванай архітэктуры канцэнтратара да лакалізаванай генерацыі і спажывання электраэнергіі, якая больш грунтуецца на сетцы, а таксама да стабільнага попыту і прапановы праз узаемасувязь разумных сетак.

Згодна са справаздачай аб паліве Міжнароднага энергетычнага агенцтва (МЭА) за кастрычнік 2019 г.да 2024 г. вытворчасць аднаўляльнай энергіі павялічыцца на 50%.

Гэта азначае, што глабальная магутнасць вытворчасці аднаўляльнай энергіі павялічыцца на 1200 ГВт, што эквівалентна бягучай усталяванай магутнасці Злучаных Штатаў.У справаздачы прагназуецца, што 60% павелічэння выпрацоўкі энергіі з аднаўляльных крыніц будзе адбывацца ў выглядзе сонечнага фотаэлектрычнага абсталявання.

У дакладзе таксама падкрэсліваецца важнасць размеркаваных фотаэлектрычных сістэм вытворчасці электраэнергіі, паколькі спажыўцы, камерцыйныя будынкі і прамысловыя аб'екты пачынаюць самастойна выпрацоўваць электраэнергію.Ён прагназуе, што да 2024 года размеркаваная фотаэлектрычная вытворчасць электраэнергіі павялічыцца больш чым удвая і складзе больш за 500 ГВт.Гэта азначае, шторазмеркаваная фотаэлектрычная генерацыя электраэнергіі складзе амаль палову агульнага росту вытворчасці сонечнай фотаэлектрычнай электраэнергіі.

Сонечная перавага

Чаму сонечная фотаэлектрычная вытворчасць займае такое лідзіруючае месца ў росце вытворчасці энергіі з аднаўляльных крыніц?

Адной з відавочных прычын з'яўляецца тое, што сонца свеціць на ўсіх нас, таму яго энергія шырока выкарыстоўваецца.Гэта набліжае выпрацоўку электраэнергіі да энергаспажывання і дастаўляе энергію ў пазасеткавую кропку, што асабліва карысна для зніжэння страт пры размеркаванні электраэнергіі.

Яшчэ адна відавочная прычына ў тым, штоёсць шмат сонечнай энергіі.Ёсць шмат тонкіх адрозненняў у вылічэнні колькасці энергіі, якую Зямля атрымлівае ад сонца.Эмпірычнае правіла заключаецца ў тым, што сярэдні ўзровень мора складае 1 кВт на квадратны метр у сонечны дзень, або калі ўлічваць такія фактары, як цыкл дзень/ноч, вугал падзення і сезоннасць, сярэдні ўзровень на квадратны метр у дзень.М 6 кВт.гадз.

Сонечныя элементы выкарыстоўваюць фотаэлектрычны эфект для пераўтварэння падаючага святла ў электрычную энергію ў выглядзе патоку фатонаў.Фатоны паглынаюцца паўправадніковымі матэрыяламі, такімі як легаваны крэмній, і іх энергія ўзбуджае электроны з іх малекулярных або атамных арбіталяў.Затым гэтыя электроны могуць свабодна рассейваць залішнюю энергію ў выглядзе цяпла і вяртацца на сваю арбіту або распаўсюджвацца на электрод і стаць часткай току, каб кампенсаваць розніцу патэнцыялаў, якую ён стварае на электродзе.

Як і ва ўсіх працэсах пераўтварэння энергіі, не ўся энергія, якая паступае ў сонечныя элементы, выводзіцца ў пераважнай форме электрычнай энергіі.Фактычна, энергетычная эфектыўнасць сонечных батарэй з монакрышталічнага крэмнію вагаецца паміж 20% і 25% на працягу многіх гадоў.Аднак магчымасці сонечнай фотаэлектрыкі настолькі вялікія, што даследчая група дзесяцігоддзямі працавала над выкарыстаннем усё больш складаных структур і матэрыялаў для павышэння эфектыўнасці пераўтварэння клетак, як паказана на гэтым здымку NREL.

Дасягненне паказанай больш высокай энергаэфектыўнасці звычайна адбываецца за кошт выкарыстання розных матэрыялаў і больш складаных і дарагіх метадаў вытворчасці.

Многія сонечныя фотаэлектрычныя прылады заснаваныя на розных формах крышталічнага крэмнію або тонкіх плёнак крэмнія, тэлурыду кадмію або селеніду індыю і галію медзі з эфектыўнасцю пераўтварэння ад 20% да 30%.Акумулятар убудаваны ў модуль, і мантажнік можа выкарыстоўваць гэтыя модулі ў якасці асноўнага блока для стварэння сонечнай фотаэлектрычнай сістэмы выпрацоўкі энергіі.

Выклік энергаэфектыўнасці

Фотаэлектрычнае пераўтварэнне ператварае кілават сонечнай энергіі, якая падае на кожны квадратны метр зямной паверхні, у 200-300 Вт электрычнай энергіі.Вядома, гэта ў ідэальных умовах.Аднак эфектыўнасць пераўтварэння можа быць зніжана па наступных прычынах: дождж, снег і пыл, якія ападаюць на паверхні акумулятара, уплыў старэння паўправадніковых матэрыялаў і павелічэнне цені з-за змяненняў навакольнага асяроддзя, такіх як рост расліннасці. або будаўніцтва новых будынкаў.

Такім чынам, рэальнасць такая, што хоць сонечная энергія бясплатная, выкарыстанне сонечнай энергіі для атрымання карыснай электрычнай энергіі патрабуе дбайнай аптымізацыі кожнага этапу збору, захоўвання і канчатковага пераўтварэння ў электрычную энергію.Адна з самых вялікіх магчымасцей для павышэння энергаэфектыўнасці - гэта дызайнінвертар, які пераўтворыць выхад пастаяннага току сонечнай батарэі (або яе акумулятара) у пераменны ток для непасрэднага выкарыстання або перадачы праз сетку.

Інвертар змяняе палярнасць уваходнага пастаяннага току, каб зрабіць яго блізкім да выхаду пераменнага току.Чым вышэй частата пераключэння, тым вышэй эфектыўнасць пераўтварэння.Просты перамыкач можа вырабляць выхад квадратнай хвалі, які можа кіраваць рэзістыўнай нагрузкай, але з гармонікамі ён пашкодзіць больш складанае электроннае абсталяванне, якое сілкуецца ад чыстай сінусоіды пераменнага току.Такім чынам, канструкцыя інвертара стала ключом да балансу.З аднаго боку,павелічэнне частаты пераключэнняў для павышэння энергаэфектыўнасці, працоўнага напружання і выпрацоўкі энергіі, з другога боку,мінімізаваць выдаткі на дапаможныя кампаненты, якія выкарыстоўваюцца для згладжвання квадратнай хвалі.