Потребителите, индустриите и правителствата предприемат мерки за увеличаване на използването на възобновяема енергия.Това тласка системата за генериране и разпределение на електроенергия от централизирана архитектура на хъб и спици към по-базирано на мрежата локализирано производство и потребление на електроенергия и стабилно търсене и предлагане чрез интелигентна взаимосвързаност на мрежата.
Според доклада за горивото на Международната агенция по енергетика (МАЕ) от октомври 2019 г.до 2024 г. производството на възобновяема енергия ще се увеличи с 50%.
Това означава, че глобалният капацитет за производство на възобновяема енергия ще се увеличи с 1200GW, което е еквивалентно на текущия инсталиран капацитет на Съединените щати.Докладът прогнозира, че 60% от увеличението на производството на възобновяема енергия ще бъде под формата на слънчево фотоволтаично оборудване.
Докладът също така подчертава значението на разпределените фотоволтаични системи за генериране на електроенергия, тъй като потребителите, търговските сгради и промишлените съоръжения започват да генерират електричество сами.Той прогнозира, че до 2024 г. разпределеното фотоволтаично производство на електроенергия ще се удвои повече от 500 GW.Това означава, черазпределеното производство на фотоволтаична енергия ще представлява почти половината от общия растеж на производството на слънчева фотоволтаична енергия.
Слънчево предимство
Защо производството на слънчева фотоволтаична енергия заема такава водеща позиция в растежа на производството на енергия от възобновяеми източници?
Една очевидна причина е, че слънцето огрява всички ни, така че неговата енергия се използва широко.Това доближава производството на електроенергия до консумацията на енергия и доставя мощността до точката извън мрежата, което е особено полезно за намаляване на загубите при разпределение на електроенергия.
Друга очевидна причина е, чеима много слънчева енергия.Има много фини разлики в изчисляването на това колко енергия получава земята от слънцето.Основно правило е, че средното морско ниво е 1kW на квадратен метър в слънчев ден или когато се вземат предвид фактори като цикъл ден/нощ, ъгъл на падане и сезонност, средното е на квадратен метър на ден.M 6kWh.
Слънчевите клетки използват фотоелектричния ефект, за да преобразуват падащата светлина в електрическа енергия под формата на поток от фотони.Фотоните се абсорбират от полупроводникови материали като легиран силиций и тяхната енергия възбужда електрони от техните молекулни или атомни орбитали.След това тези електрони са свободни да разсейват излишната енергия като топлина и да се връщат в своята орбита, или да се разпространяват към електрода и да станат част от тока, за да компенсират потенциалната разлика, която създава върху електрода.
Както при всички процеси на преобразуване на енергия, не цялата входяща енергия към слънчевите клетки се извежда в предпочитаната форма на електрическа енергия.Всъщност енергийната ефективност на монокристалните силициеви слънчеви клетки се движи между 20% и 25% в продължение на много години.Възможностите за слънчеви фотоволтаици обаче са толкова големи, че изследователският екип работи от десетилетия, за да използва все по-сложни структури и материали за подобряване на ефективността на преобразуване на клетките, както е показано на тази снимка от NREL.
Постигането на показаната по-висока енергийна ефективност обикновено е за сметка на използването на множество различни материали и по-сложни и скъпи производствени техники.
Много слънчеви фотоволтаични устройства са базирани на различни форми на кристален силиций или тънки филми от силиций, кадмиев телурид или меден индиев галиев селенид, с ефективност на преобразуване от 20% до 30%.Батерията е вградена в модула и инсталаторът може да използва тези модули като основна единица за изграждане на слънчева фотоволтаична система за генериране на електроенергия.
Предизвикателство за енергийна ефективност
Фотоволтаичното преобразуване преобразува киловатите слънчева енергия, падащи на всеки квадратен метър от земната повърхност, в 200 до 300 W електрическа енергия.Разбира се, това е при идеални условия.Ефективността на преобразуване обаче може да бъде намалена поради следните причини: дъжд, сняг и прах, отложени върху повърхността на батерията, влиянието на стареенето на полупроводниковите материали и увеличената сянка поради промени в околната среда, като растежа на растителността или изграждането на нови сгради.
Следователно реалността е, че въпреки че слънчевата енергия е безплатна, използването на слънчева енергия за генериране на полезна електрическа енергия изисква внимателно оптимизиране на всеки етап на събиране, съхранение и окончателно преобразуване в електрическа енергия.Една от най-големите възможности за подобряване на енергийната ефективност е дизайнът наинвертор, който преобразува DC изхода на слънчевия масив (или неговата батерия) в AC ток за директна употреба или предаване през мрежата.
Инверторът променя полярността на входния DC ток, за да го направи близо до AC изхода.Колкото по-висока е честотата на превключване, толкова по-висока е ефективността на преобразуване.Един прост превключвател може да произведе изход с правоъгълна вълна, който може да управлява резистивен товар, но с хармоници той ще повреди по-сложно електронно оборудване, захранвано от чиста синусоида AC.Следователно инверторният дизайн се превърна в ключ към баланса.От една страна,увеличаване на честотата на превключване за подобряване на енергийната ефективност, работното напрежение и генерирането на енергия, от друга страна,за минимизиране на разходите за спомагателни компоненти, използвани за изглаждане на квадратната вълна.
2021-04-16
