Proč může fotovoltaická výroba elektřiny zaujímat vedoucí pozici ve výrobě energie z obnovitelných zdrojů?

Spotřebitelé, průmyslová odvětví i vlády přijímají opatření ke zvýšení využívání obnovitelné energie.To posouvá systém výroby a distribuce energie z centralizované architektury hub-and-spoke k lokalizované výrobě a spotřebě energie založené na síti a stabilní nabídce a poptávce prostřednictvím propojení inteligentních sítí.

Podle zprávy Mezinárodní energetické agentury (IEA) z října 2019 o palivu,do roku 2024 se výroba obnovitelné energie zvýší o 50 %.

To znamená, že globální kapacita výroby obnovitelné energie se zvýší o 1200 GW, což odpovídá současné instalované kapacitě Spojených států.Zpráva předpovídá, že 60 % nárůstu výroby obnovitelné energie bude ve formě solárních fotovoltaických zařízení.

Zpráva také zdůrazňuje význam distribuovaných systémů pro výrobu fotovoltaické energie, protože spotřebitelé, komerční budovy a průmyslová zařízení začínají vyrábět elektřinu sami.Předpovídá, že do roku 2024 se distribuovaná výroba fotovoltaické energie více než zdvojnásobí na více než 500 GW.Tohle znamená tamtodistribuovaná výroba fotovoltaické energie bude představovat téměř polovinu celkového nárůstu výroby solární fotovoltaické energie.

Solární výhoda

Proč solární fotovoltaická výroba energie zaujímá tak vedoucí pozici v růstu výroby energie z obnovitelných zdrojů?

Jedním z jasných důvodů je, že slunce svítí na nás všechny, takže jeho energie je široce využívána.To přibližuje výrobu energie spotřebě energie a dodává energii do bodu mimo síť, což je zvláště užitečné pro snížení ztrát při distribuci energie.

Dalším zřejmým důvodem je toje tam hodně sluneční energie.Existuje mnoho jemných rozdílů ve výpočtu toho, kolik energie Země přijímá ze Slunce.Pravidlem je, že průměrná hladina moře je 1 kW na metr čtvereční za slunečného dne, nebo když se berou v úvahu faktory, jako je cyklus den/noc, úhel dopadu a sezónnost, průměr je na metr čtvereční za den.M 6 kWh.

Solární články využívají fotoelektrický jev k přeměně dopadajícího světla na elektrickou energii ve formě proudu fotonů.Fotony jsou absorbovány polovodičovými materiály, jako je dopovaný křemík, a jejich energie excituje elektrony z jejich molekulárních nebo atomových orbitalů.Tyto elektrony pak mohou volně rozptýlit přebytečnou energii jako teplo a vrátit se na svou oběžnou dráhu, nebo se rozšířit na elektrodu a stát se součástí proudu, aby vyrovnaly rozdíl potenciálu, který na elektrodě vytváří.

Stejně jako u všech procesů přeměny energie není veškerá energie přiváděná do solárních článků vydávána v preferované formě elektrické energie.Ve skutečnosti se energetická účinnost monokrystalických křemíkových solárních článků po mnoho let pohybuje mezi 20 % a 25 %.Příležitost pro solární fotovoltaiku je však tak velká, že výzkumný tým po desetiletí pracoval na využití stále složitějších struktur a materiálů ke zlepšení účinnosti konverze buněk, jak ukazuje tento obrázek od NREL.

Dosažení uvedené vyšší energetické účinnosti je obvykle na úkor použití více různých materiálů a složitějších a nákladnějších výrobních technik.

Mnoho solárních fotovoltaických zařízení je založeno na různých formách krystalického křemíku nebo tenkých vrstvách křemíku, teluridu kadmia nebo mědi indium galium selenidu s účinností konverze 20 % až 30 %.Baterie je zabudována v modulu a instalační technik může tyto moduly použít jako základní jednotku pro stavbu solárního fotovoltaického systému na výrobu energie.

Výzva energetické účinnosti

Fotovoltaická přeměna přemění kilowatty sluneční energie dopadající na každý čtvereční metr zemského povrchu na 200 až 300 W elektrické energie.Samozřejmě za ideálních podmínek.Účinnost konverze však může být snížena z následujících důvodů: déšť, sníh a prach usazený na povrchu baterie, vliv stárnutí polovodičových materiálů a zvýšený stín v důsledku změn prostředí, jako je růst vegetace nebo výstavbu nových budov.

Skutečnost je tedy taková, že ačkoli je solární energie bezplatná, využití sluneční energie k výrobě užitečné elektrické energie vyžaduje pečlivou optimalizaci každé fáze sběru, skladování a konečné přeměny na elektrickou energii.Jednou z největších příležitostí ke zlepšení energetické účinnosti je návrhstřídač, který převádí stejnosměrný výstup solárního pole (nebo jeho bateriového úložiště) na střídavý proud pro přímé použití nebo přenos přes síť.

Měnič změní polaritu stejnosměrného vstupního proudu tak, aby se přiblížil střídavému výstupu.Čím vyšší je frekvence spínání, tím vyšší je účinnost konverze.Jednoduchý spínač může vytvořit obdélníkový výstup, který může řídit odporovou zátěž, ale s harmonickými poškodí složitější elektronické zařízení napájené čistě sinusovým střídavým proudem.Proto se design invertoru stal klíčem k vyvážení.Na jedné ruce,zvýšení spínací frekvence pro zlepšení energetické účinnosti, provozního napětí a výroby energie, na druhou stranu,minimalizovat náklady na pomocné komponenty používané k vyhlazení obdélníkové vlny.