Los consumidores, las industrias y los gobiernos están tomando medidas para aumentar el uso de energía renovable.Esto está empujando al sistema de generación y distribución de energía desde una arquitectura centralizada de radios y centros a una generación y consumo de energía localizados más basados en la red, y a una oferta y demanda estables a través de una interconexión de redes inteligentes.
Según el informe de combustible de octubre de 2019 de la Agencia Internacional de Energía (AIE),Para 2024, la generación de energía renovable aumentará un 50%..
Esto significa que la capacidad global de generación de energía renovable aumentará en 1200GW, lo que equivale a la capacidad instalada actual de Estados Unidos.El informe predice que el 60% del aumento de la generación de energía renovable se producirá en forma de equipos solares fotovoltaicos.
El informe también enfatiza la importancia de los sistemas distribuidos de generación de energía fotovoltaica, a medida que los consumidores, los edificios comerciales y las instalaciones industriales comienzan a generar electricidad por sí mismos.Predice que para 2024, la generación de energía fotovoltaica distribuida se duplicará hasta alcanzar más de 500 GW.Esto significa queLa generación de energía fotovoltaica distribuida representará casi la mitad del crecimiento total de la generación de energía solar fotovoltaica..
Ventaja solar
¿Por qué la generación de energía solar fotovoltaica está ocupando una posición tan líder en el crecimiento de la generación de energía renovable?
Una razón obvia es que el sol brilla sobre todos nosotros, por lo que su energía se utiliza ampliamente.Esto acerca la generación de energía al consumo de energía y entrega la energía al punto fuera de la red, lo que es particularmente útil para reducir las pérdidas en la distribución de energía.
Otra razón obvia es quehay mucha energía solar.Existen muchas diferencias sutiles al calcular cuánta energía recibe la Tierra del sol.Una regla general es que el nivel medio del mar es de 1 kW por metro cuadrado en un día soleado, o cuando se consideran factores como el ciclo día/noche, el ángulo de incidencia y la estacionalidad, el promedio es por metro cuadrado por día.6kWh.
Las células solares utilizan el efecto fotoeléctrico para convertir la luz incidente en energía eléctrica en forma de una corriente de fotones.Los fotones son absorbidos por materiales semiconductores como el silicio dopado, y su energía excita a los electrones de sus orbitales moleculares o atómicos.Luego, estos electrones quedan libres para disipar el exceso de energía en forma de calor y regresar a su órbita, o extenderse al electrodo y convertirse en parte de la corriente para compensar la diferencia de potencial que crea en el electrodo.
Como ocurre con todos los procesos de conversión de energía, no toda la energía que ingresa a las células solares se emite en la forma preferida de energía eléctrica.De hecho, la eficiencia energética de las células solares de silicio monocristalino ronda desde hace muchos años entre el 20% y el 25%.Sin embargo, la oportunidad para la energía solar fotovoltaica es tan grande que el equipo de investigación ha estado trabajando durante décadas para utilizar estructuras y materiales cada vez más complejos para mejorar la eficiencia de conversión de las células, como se muestra en esta imagen del NREL.
Lograr la mayor eficiencia energética mostrada suele ser a expensas del uso de múltiples materiales diferentes y técnicas de fabricación más complejas y costosas.
Muchos dispositivos solares fotovoltaicos se basan en diversas formas de silicio cristalino o películas delgadas de silicio, telururo de cadmio o seleniuro de cobre, indio y galio, con una eficiencia de conversión del 20% al 30%.La batería está integrada en el módulo y el instalador puede utilizar estos módulos como unidad básica para construir un sistema de generación de energía solar fotovoltaica.
El desafío de la eficiencia energética
La conversión fotovoltaica convierte los kilovatios de energía solar que inciden en cada metro cuadrado de la superficie terrestre en entre 200 y 300 W de energía eléctrica.Por supuesto, esto ocurre en condiciones ideales.Sin embargo, la eficiencia de conversión puede verse reducida debido a las siguientes razones: lluvia, nieve y polvo depositados en la superficie de la batería, la influencia del envejecimiento de los materiales semiconductores y el aumento de sombra debido a cambios ambientales como el crecimiento de la vegetación. o la construcción de nuevos edificios.
Por tanto, la realidad es que aunque la energía solar es gratuita, el uso de energía solar para generar energía eléctrica útil requiere una cuidadosa optimización de cada etapa de recolección, almacenamiento y conversión final en energía eléctrica.Una de las mayores oportunidades para mejorar la eficiencia energética es el diseño delinversor, que convierte la salida de CC del panel solar (o su almacenamiento de batería) en corriente CA para uso directo o transmisión a través de la red.
El inversor cambia la polaridad de la corriente de entrada de CC para acercarla a la salida de CA.Cuanto mayor sea la frecuencia de conmutación, mayor será la eficiencia de conversión.Un simple interruptor puede producir una salida de onda cuadrada que puede impulsar una carga resistiva, pero con armónicos, dañará equipos electrónicos más complejos alimentados por CA de onda sinusoidal pura.Por tanto, el diseño del inversor se ha convertido en la clave del equilibrio.Por un lado,aumentar la frecuencia de conmutación para mejorar la eficiencia energética, el voltaje de funcionamiento y la generación de energía, por otro lado,para minimizar el costo de los componentes auxiliares utilizados para suavizar la onda cuadrada.
2021-04-16
