Οι καταναλωτές, οι βιομηχανίες και οι κυβερνήσεις λαμβάνουν όλα μέτρα για να αυξήσουν τη χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.Αυτό ωθεί το σύστημα παραγωγής και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας από μια κεντρική αρχιτεκτονική hub-and-spoke σε μια τοπική παραγωγή και κατανάλωση ενέργειας με βάση το δίκτυο, και σταθερή προσφορά και ζήτηση μέσω έξυπνης διασύνδεσης δικτύου.
Σύμφωνα με την έκθεση καυσίμων του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας (IEA) τον Οκτώβριο του 2019,έως το 2024, η παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές θα αυξηθεί κατά 50%.
Αυτό σημαίνει ότι η παγκόσμια ικανότητα παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές θα αυξηθεί κατά 1200 GW, που ισοδυναμεί με την τρέχουσα εγκατεστημένη ισχύ των Ηνωμένων Πολιτειών.Η έκθεση προβλέπει ότι το 60% της αύξησης της παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές θα είναι με τη μορφή ηλιακού φωτοβολταϊκού εξοπλισμού.
Η έκθεση υπογραμμίζει επίσης τη σημασία των κατανεμημένων συστημάτων παραγωγής ενέργειας από φωτοβολταϊκά, καθώς οι καταναλωτές, τα εμπορικά κτίρια και οι βιομηχανικές εγκαταστάσεις αρχίζουν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια από μόνοι τους.Προβλέπει ότι έως το 2024, η κατανεμημένη παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας θα υπερδιπλασιαστεί σε περισσότερα από 500 GW.Αυτό σημαίνει ότιΗ κατανεμημένη παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας θα αντιπροσωπεύει σχεδόν το ήμισυ της συνολικής αύξησης της ηλιακής φωτοβολταϊκής παραγωγής ενέργειας.
Ηλιακό πλεονέκτημα
Γιατί η παραγωγή ηλιακής φωτοβολταϊκής ενέργειας κατέχει τόσο ηγετική θέση στην ανάπτυξη της παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές;
Ένας προφανής λόγος είναι ότι ο ήλιος λάμπει σε όλους μας, επομένως η ενέργειά του χρησιμοποιείται ευρέως.Αυτό φέρνει την παραγωγή ενέργειας πιο κοντά στην κατανάλωση ενέργειας και παρέχει την ισχύ στο σημείο εκτός δικτύου, το οποίο είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για τη μείωση των απωλειών διανομής ισχύος.
Ένας άλλος προφανής λόγος είναι αυτόςυπάρχει πολλή ηλιακή ενέργεια.Υπάρχουν πολλές λεπτές διαφορές στον υπολογισμό πόσης ενέργειας λαμβάνει η γη από τον ήλιο.Ένας εμπειρικός κανόνας είναι ότι η μέση στάθμη της θάλασσας είναι 1 kW ανά τετραγωνικό μέτρο μια ηλιόλουστη ημέρα ή όταν λαμβάνονται υπόψη παράγοντες όπως ο κύκλος ημέρας/νύχτας, η γωνία πρόσπτωσης και η εποχικότητα, ο μέσος όρος είναι ανά τετραγωνικό μέτρο ανά ημέρα.M 6kWh.
Τα ηλιακά κύτταρα χρησιμοποιούν το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο για να μετατρέψουν το προσπίπτον φως σε ηλεκτρική ενέργεια με τη μορφή ενός ρεύματος φωτονίων.Τα φωτόνια απορροφώνται από υλικά ημιαγωγών όπως το ντοπαρισμένο πυρίτιο και η ενέργειά τους διεγείρει τα ηλεκτρόνια από τα μοριακά ή ατομικά τροχιακά τους.Αυτά τα ηλεκτρόνια είναι στη συνέχεια ελεύθερα να διασκορπίσουν την περίσσεια ενέργειας ως θερμότητα και να επιστρέψουν στην τροχιά του ή να εξαπλωθούν στο ηλεκτρόδιο και να γίνουν μέρος του ρεύματος για να αντισταθμίσουν τη διαφορά δυναμικού που δημιουργεί στο ηλεκτρόδιο.
Όπως συμβαίνει με όλες τις διαδικασίες μετατροπής ενέργειας, δεν παράγεται όλη η ενέργεια που εισάγεται στα ηλιακά κύτταρα με την προτιμώμενη μορφή ηλεκτρικής ενέργειας.Στην πραγματικότητα, η ενεργειακή απόδοση των ηλιακών κυψελών μονοκρυσταλλικού πυριτίου κυμαίνεται μεταξύ 20% και 25% εδώ και πολλά χρόνια.Ωστόσο, η ευκαιρία για ηλιακά φωτοβολταϊκά είναι τόσο μεγάλη που η ερευνητική ομάδα εργάζεται εδώ και δεκαετίες για να χρησιμοποιήσει όλο και πιο πολύπλοκες δομές και υλικά για να βελτιώσει την απόδοση μετατροπής κυψελών, όπως φαίνεται σε αυτή την εικόνα από το NREL.
Η επίτευξη της υψηλότερης ενεργειακής απόδοσης που εμφανίζεται συνήθως είναι εις βάρος της χρήσης πολλαπλών διαφορετικών υλικών και πιο περίπλοκων και δαπανηρών τεχνικών κατασκευής.
Πολλές ηλιακές φωτοβολταϊκές συσκευές βασίζονται σε διάφορες μορφές κρυσταλλικού πυριτίου ή λεπτές μεμβράνες πυριτίου, τελλουρίου καδμίου ή σεληνιούχου γαλλίου ινδίου χαλκού, με απόδοση μετατροπής 20% έως 30%.Η μπαταρία είναι ενσωματωμένη στη μονάδα και ο εγκαταστάτης μπορεί να χρησιμοποιήσει αυτές τις μονάδες ως βασική μονάδα για την κατασκευή ενός ηλιακού φωτοβολταϊκού συστήματος παραγωγής ενέργειας.
Πρόκληση ενεργειακής απόδοσης
Η μετατροπή φωτοβολταϊκών μετατρέπει κιλοβάτ ηλιακής ενέργειας που προσπίπτει σε κάθε τετραγωνικό μέτρο της επιφάνειας της γης σε 200 έως 300 W ηλεκτρικής ενέργειας.Φυσικά, αυτό είναι υπό ιδανικές συνθήκες.Ωστόσο, η απόδοση μετατροπής μπορεί να μειωθεί για τους ακόλουθους λόγους: βροχή, χιόνι και σκόνη που εναποτίθεται στην επιφάνεια της μπαταρίας, η επίδραση της γήρανσης των υλικών ημιαγωγών και η αυξημένη σκίαση λόγω περιβαλλοντικών αλλαγών όπως η ανάπτυξη της βλάστησης ή την ανέγερση νέων κτιρίων.
Επομένως, η πραγματικότητα είναι ότι αν και η ηλιακή ενέργεια είναι δωρεάν, η χρήση της ηλιακής ενέργειας για την παραγωγή χρήσιμης ηλεκτρικής ενέργειας απαιτεί προσεκτική βελτιστοποίηση κάθε σταδίου συλλογής, αποθήκευσης και τελικής μετατροπής σε ηλεκτρική ενέργεια.Μία από τις μεγαλύτερες ευκαιρίες για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης είναι ο σχεδιασμός τουαντιστροφέας, το οποίο μετατρέπει την έξοδο DC της ηλιακής συστοιχίας (ή την αποθήκευση της μπαταρίας της) σε ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος για άμεση χρήση ή μετάδοση μέσω του δικτύου.
Ο μετατροπέας αλλάζει την πολικότητα του ρεύματος εισόδου DC για να το φέρει κοντά στην έξοδο AC.Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα μεταγωγής, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση μετατροπής.Ένας απλός διακόπτης μπορεί να παράγει μια έξοδο τετραγώνου κύματος που μπορεί να οδηγήσει ένα φορτίο αντίστασης, αλλά με τις αρμονικές, θα βλάψει πιο περίπλοκο ηλεκτρονικό εξοπλισμό που τροφοδοτείται από καθαρό ημιτονοειδές κύμα AC.Επομένως, ο σχεδιασμός του μετατροπέα έχει γίνει το κλειδί για την ισορροπία.Από την μία,αύξηση της συχνότητας μεταγωγής για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης, της τάσης λειτουργίας και της παραγωγής ενέργειας, αφ 'ετέρου,για να ελαχιστοποιηθεί το κόστος των βοηθητικών εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται για την εξομάλυνση του τετραγωνικού κύματος.
16-04-2021
