Miksi aurinkosähkön tuotanto voi olla johtavassa asemassa uusiutuvan energian sähköntuotannossa?

Kuluttajat, teollisuus ja hallitukset ovat kaikki ryhtyneet toimiin lisätäkseen uusiutuvan energian käyttöä.Tämä työntää sähköntuotanto- ja jakelujärjestelmää keskitetystä keskitin-ja-puola-arkkitehtuurista enemmän verkkopohjaiseen paikalliseen sähköntuotantoon ja -kulutukseen sekä vakaaseen kysyntään ja tarjontaan älykkäiden verkkojen yhteenliittämisen kautta.

Kansainvälisen energiajärjestön (IEA) lokakuussa 2019 julkaiseman polttoaineraportin mukaanvuoteen 2024 mennessä uusiutuvan energian tuotanto kasvaa 50 prosenttia.

Tämä tarkoittaa, että globaali uusiutuvan energian tuotantokapasiteetti kasvaa 1200 GW:lla, mikä vastaa Yhdysvaltojen nykyistä asennettua kapasiteettia.Raportissa ennustetaan, että 60 prosenttia uusiutuvan energian tuotannon kasvusta tulee aurinkosähkölaitteiden muodossa.

Raportissa korostetaan myös hajautettujen aurinkosähköntuotantojärjestelmien merkitystä, kun kuluttajat, liikerakennukset ja teollisuuslaitokset alkavat tuottaa sähköä itse.Se ennustaa, että vuoteen 2024 mennessä hajautettu aurinkosähkön tuotanto yli kaksinkertaistuu yli 500 GW:iin.Se tarkoittaa, ettähajautetun aurinkosähkön tuotannon osuus on lähes puolet aurinkosähkön kokonaiskasvusta.

Aurinkoenergian etu

Miksi aurinkoenergian aurinkosähkön tuotanto ottaa niin johtavan aseman uusiutuvan energian sähköntuotannon kasvussa?

Yksi ilmeinen syy on se, että aurinko paistaa meille kaikille, joten sen energiaa käytetään laajasti.Tämä tuo sähköntuotannon lähemmäksi virrankulutusta ja toimittaa tehon off-grid-pisteeseen, mikä on erityisen hyödyllistä sähkönjakeluhäviöiden vähentämisessä.

Toinen ilmeinen syy on seaurinkoenergiaa on paljon.On monia hienoisia eroja laskettaessa, kuinka paljon energiaa maapallo saa auringosta.Nyrkkisääntönä on, että keskimääräinen merenpinta on 1 kW neliömetriä kohden aurinkoisena päivänä, tai kun otetaan huomioon sellaiset tekijät kuin päivä/yö-jakso, kohtauskulma ja kausivaihtelu, keskiarvo on neliömetriä kohden päivässä.M 6 kWh.

Aurinkokennot käyttävät valosähköistä vaikutusta muuttamaan tuleva valo sähköenergiaksi fotonivirran muodossa.Puolijohdemateriaalit, kuten seostettu pii, absorboivat fotonit, ja niiden energia kiihottaa elektroneja niiden molekyyli- tai atomikiertoradalta.Nämä elektronit voivat sitten vapaasti haihduttaa ylimääräistä energiaa lämpönä ja palata kiertoradalle tai levitä elektrodille ja tulla osaksi virtaa kompensoidakseen sen elektrodille luomaa potentiaalieroa.

Kuten kaikissa energian muunnosprosesseissa, kaikkea aurinkokennoihin syötettyä energiaa ei tuoda ensisijaisena sähköenergiana.Itse asiassa yksikiteisten piin aurinkokennojen energiatehokkuus on vaihdellut 20–25 prosentin välillä useiden vuosien ajan.Aurinkosähkön mahdollisuus on kuitenkin niin suuri, että tutkimusryhmä on työskennellyt vuosikymmeniä käyttääkseen yhä monimutkaisempia rakenteita ja materiaaleja parantaakseen solukonversion tehokkuutta, kuten tässä kuvassa NREL osoittaa.

Esitetyn korkeamman energiatehokkuuden saavuttaminen tapahtuu yleensä useiden eri materiaalien ja monimutkaisempien ja kalliimpien valmistustekniikoiden käytön kustannuksella.

Monet aurinkosähkölaitteet perustuvat erilaisiin kiteisen piin muotoihin tai ohuisiin piikalvoihin, kadmiumtelluridiin tai kupari-indiumgallium-selenidiin, joiden muunnostehokkuus on 20–30%.Akku on sisäänrakennettu moduuliin, ja asentaja voi käyttää näitä moduuleja perusyksikkönä aurinkosähköjärjestelmän rakentamiseen.

Energiatehokkuuden haaste

Aurinkosähkömuunnos muuntaa kilowattia aurinkoenergiaa jokaiselle maanpinnan neliömetrille 200-300 W sähköenergiaksi.Tämä on tietysti ihanteellisissa olosuhteissa.Muunnostehokkuus voi kuitenkin laskea seuraavista syistä: akun pinnalle kertynyt sade, lumi ja pöly, puolijohdemateriaalien ikääntymisen vaikutus ja lisääntynyt varjostus ympäristön muutoksista, kuten kasvillisuuden kasvusta. tai uusien rakennusten rakentamiseen.

Siksi todellisuus on, että vaikka aurinkoenergia on ilmaista, aurinkoenergian käyttö hyödyllisen sähköenergian tuottamiseen edellyttää jokaisen keräyksen, varastoinnin ja lopullisen sähköenergiaksi muuntamisen vaiheen huolellista optimointia.Yksi suurimmista mahdollisuuksista parantaa energiatehokkuutta on suunnitteluinvertteri, joka muuntaa aurinkopaneelin (tai sen akkuvaraston) tasavirtalähdön AC-virraksi suoraa käyttöä tai verkon kautta siirrettävään käyttöön.

Invertteri muuttaa DC-tulovirran napaisuutta lähelle AC-lähtöä.Mitä korkeampi kytkentätaajuus, sitä suurempi muunnostehokkuus.Yksinkertainen kytkin voi tuottaa neliöaaltolähdön, joka voi ohjata resistiivistä kuormaa, mutta harmonisten yliaaltojen kanssa se vahingoittaa monimutkaisempia elektronisia laitteita, jotka saavat virtansa puhtaasta siniaaltovirrasta.Siksi invertterin suunnittelusta on tullut avain tasapainoon.Toisaaltakytkentätaajuuden lisääminen energiatehokkuuden, käyttöjännitteen ja sähköntuotannon parantamiseksi, toisaalta,minimoimaan neliöaallon tasoittamiseen käytettävien apukomponenttien kustannukset.