Hvorfor fotovoltaisk elproduktion kan indtage en førende position inden for vedvarende energiproduktion?

Forbrugere, industrier og regeringer træffer alle foranstaltninger for at øge brugen af ​​vedvarende energi.Dette skubber elproduktions- og distributionssystemet fra en centraliseret hub-and-spoke-arkitektur til en mere netbaseret lokaliseret elproduktion og -forbrug og stabil udbud og efterspørgsel gennem sammenkobling af intelligente net.

Ifølge Det Internationale Energiagenturs (IEA) brændstofrapport fra oktober 2019,i 2024 vil produktionen af ​​vedvarende energi stige med 50 %.

Det betyder, at den globale produktionskapacitet for vedvarende energi vil stige med 1200GW, hvilket svarer til den nuværende installerede kapacitet i USA.Rapporten forudsiger, at 60 % af stigningen i produktionen af ​​vedvarende energi vil være i form af solcelleanlæg.

Rapporten understreger også vigtigheden af ​​distribuerede fotovoltaiske elproduktionssystemer, da forbrugere, kommercielle bygninger og industrianlæg begynder at producere elektricitet på egen hånd.Den forudsiger, at i 2024 vil distribueret fotovoltaisk elproduktion mere end fordobles til mere end 500 GW.Det betyder atdistribueret fotovoltaisk elproduktion vil tegne sig for næsten halvdelen af ​​den samlede vækst i solcelleproduktionen.

Solenergi fordel

Hvorfor indtager solcelleproduktionen en så førende position i væksten af ​​vedvarende energiproduktion?

En indlysende grund er, at solen skinner på os alle, så dens energi er meget brugt.Dette bringer strømproduktionen tættere på strømforbruget og leverer strømmen til off-grid-punktet, hvilket er særligt nyttigt til at reducere strømfordelingstab.

En anden åbenlys grund er detder er meget solenergi.Der er mange subtile forskelle i at beregne, hvor meget energi jorden modtager fra solen.En tommelfingerregel er, at det gennemsnitlige havniveau er 1kW pr. kvadratmeter på en solskinsdag, eller når faktorer som dag/nat-cyklus, indfaldsvinkel og sæsonbetingelse tages i betragtning, er gennemsnittet pr. kvadratmeter pr. dag.M 6kWh.

Solceller bruger den fotoelektriske effekt til at omdanne indfaldende lys til elektrisk energi i form af en strøm af fotoner.Fotoner absorberes af halvledermaterialer såsom doteret silicium, og deres energi exciterer elektroner fra deres molekylære eller atomare orbitaler.Disse elektroner er så frie til at sprede den overskydende energi som varme og vende tilbage til sin bane, eller spredes til elektroden og bliver en del af strømmen for at udligne den potentialforskel, den skaber på elektroden.

Som med alle energiomdannelsesprocesser er ikke al energiinput til solceller output i den foretrukne form for elektrisk energi.Faktisk har energieffektiviteten af ​​monokrystallinske siliciumsolceller ligget mellem 20% og 25% i mange år.Muligheden for solcelleanlæg er dog så stor, at forskerholdet i årtier har arbejdet på at bruge stadig mere komplekse strukturer og materialer til at forbedre cellekonverteringseffektiviteten, som vist på dette billede af NREL.

Opnåelsen af ​​den viste højere energieffektivitet er normalt på bekostning af at bruge flere forskellige materialer og mere komplekse og dyre fremstillingsteknikker.

Mange fotovoltaiske solceller er baseret på forskellige former for krystallinsk silicium eller tynde film af silicium, cadmiumtellurid eller kobberindiumgalliumselenid med en konverteringseffektivitet på 20% til 30%.Batteriet er indbygget i modulet, og installatøren kan bruge disse moduler som den grundlæggende enhed til at bygge et solcelleanlæg til elproduktion.

Energieffektivitetsudfordring

Fotovoltaisk konvertering konverterer kilowatt solenergi, der falder ind på hver kvadratmeter af jordens overflade, til 200 til 300 W elektrisk energi.Dette er naturligvis under ideelle forhold.Konverteringseffektiviteten kan dog blive reduceret på grund af følgende årsager: regn, sne og støv aflejret på batteriets overflade, indflydelsen af ​​ældning af halvledermaterialer og den øgede skygge på grund af miljøændringer såsom vækst af vegetation eller opførelse af nye bygninger.

Derfor er virkeligheden, at selvom solenergi er gratis, kræver brugen af ​​solenergi til at generere nyttig elektrisk energi omhyggelig optimering af hvert trin af indsamling, opbevaring og endelig konvertering til elektrisk energi.En af de største muligheder for at forbedre energieffektiviteten er designet afinverter, som konverterer DC-outputtet fra solpanelet (eller dets batterilager) til AC-strøm til direkte brug eller transmission gennem nettet.

Inverteren ændrer polariteten af ​​DC-indgangsstrømmen for at gøre den tæt på AC-udgangen.Jo højere omskiftningsfrekvens, jo højere konverteringseffektivitet.En simpel switch kan producere en firkantbølgeudgang, der kan drive en resistiv belastning, men med harmoniske vil den beskadige mere komplekst elektronisk udstyr drevet af ren sinusbølge AC.Derfor er inverterdesign blevet nøglen til balance.På den ene side,øge koblingsfrekvensen for at forbedre energieffektiviteten, driftsspændingen og elproduktionen, på den anden side,for at minimere omkostningerne ved hjælpekomponenter, der bruges til at udjævne firkantbølgen.