Zašto fotonaponska proizvodnja energije može zauzeti vodeću poziciju u proizvodnji energije iz obnovljivih izvora?

Potrošači, industrije i vlade poduzimaju mjere za povećanje korištenja obnovljive energije.Ovo gura sustav za proizvodnju i distribuciju električne energije sa centralizirane arhitekture čvorišta i kraka na lokaliziranu proizvodnju i potrošnju električne energije koja se više temelji na mreži te stabilnu ponudu i potražnju kroz međupovezivanje pametne mreže.

Prema izvješću Međunarodne agencije za energiju (IEA) o gorivu iz listopada 2019.do 2024. proizvodnja obnovljive energije povećat će se za 50%.

To znači da će se globalni kapacitet proizvodnje obnovljive energije povećati za 1200 GW, što je ekvivalent trenutnom instaliranom kapacitetu Sjedinjenih Država.Izvješće predviđa da će 60% povećanja proizvodnje obnovljive energije biti u obliku solarne fotonaponske opreme.

Izvješće također naglašava važnost distribuiranih fotonaponskih sustava za proizvodnju električne energije, budući da potrošači, poslovne zgrade i industrijski objekti počinju sami proizvoditi električnu energiju.Predviđa da će se do 2024. distribuirana fotonaponska proizvodnja energije više nego udvostručiti na više od 500 GW.Ovo znači todistribuirana fotonaponska proizvodnja energije činit će gotovo polovicu ukupnog rasta solarne fotonaponske proizvodnje energije.

Solarna prednost

Zašto solarna fotonaponska proizvodnja energije zauzima tako vodeću poziciju u rastu proizvodnje energije iz obnovljivih izvora?

Jedan od očitih razloga je to što sunce obasjava sve nas, pa se njegova energija široko koristi.Ovo približava proizvodnju električne energije potrošnji i isporučuje snagu izvan mreže, što je posebno korisno za smanjenje gubitaka u distribuciji električne energije.

Drugi očiti razlog je tajima puno sunčeve energije.Postoje mnoge suptilne razlike u izračunavanju koliko energije Zemlja prima od sunca.Osnovno pravilo je da je prosječna razina mora 1 kW po četvornom metru na sunčan dan, ili kada se uzmu u obzir čimbenici kao što su ciklus dan/noć, upadni kut i sezona, prosjek je po kvadratnom metru po danu.M 6kWh.

Solarne ćelije koriste fotoelektrični efekt za pretvaranje upadne svjetlosti u električnu energiju u obliku toka fotona.Fotone apsorbiraju poluvodički materijali kao što je dopirani silicij, a njihova energija pobuđuje elektrone iz njihovih molekularnih ili atomskih orbitala.Ti elektroni tada mogu slobodno raspršiti višak energije kao toplinu i vratiti se u svoju orbitu ili se proširiti na elektrodu i postati dio struje kako bi nadoknadili potencijalnu razliku koju stvara na elektrodi.

Kao i kod svih procesa pretvorbe energije, ne izlazi sva ulazna energija u solarne ćelije u željenom obliku električne energije.Zapravo, energetska učinkovitost solarnih ćelija od monokristalnog silicija godinama se kreće između 20% i 25%.Međutim, prilika za solarne fotonaponske sustave toliko je velika da istraživački tim desetljećima radi na korištenju sve složenijih struktura i materijala za poboljšanje učinkovitosti pretvorbe ćelija, kao što je prikazano na ovoj slici NREL-a.

Postizanje prikazane veće energetske učinkovitosti obično je nauštrb korištenja više različitih materijala i složenijih i skupljih tehnika proizvodnje.

Mnogi solarni fotonaponski uređaji temelje se na različitim oblicima kristalnog silicija ili tankih slojeva silicija, kadmij telurida ili bakar indija galij selenida, s učinkovitošću pretvorbe od 20% do 30%.Baterija je ugrađena u modul, a instalater može koristiti ove module kao osnovnu jedinicu za izgradnju solarnog fotonaponskog sustava za proizvodnju električne energije.

Izazov energetske učinkovitosti

Fotonaponska pretvorba pretvara kilovate sunčeve energije koja pada na svaki kvadratni metar zemljine površine u 200 do 300 W električne energije.Naravno, to je pod idealnim uvjetima.Međutim, učinkovitost pretvorbe može biti smanjena zbog sljedećih razloga: kiša, snijeg i prašina taložena na površini baterije, utjecaj starenja poluvodičkih materijala i povećana sjena zbog promjena u okolišu kao što je rast vegetacije ili izgradnja novih zgrada.

Stoga je stvarnost takva da iako je solarna energija besplatna, korištenje sunčeve energije za stvaranje korisne električne energije zahtijeva pažljivo optimiziranje svake faze prikupljanja, skladištenja i konačne pretvorbe u električnu energiju.Jedna od najvećih prilika za poboljšanje energetske učinkovitosti je dizajnpretvarač, koji pretvara istosmjerni izlaz solarnog niza (ili njegove baterije) u izmjeničnu struju za izravnu upotrebu ili prijenos kroz mrežu.

Pretvarač mijenja polaritet istosmjerne ulazne struje kako bi bio blizu AC izlaza.Što je veća frekvencija prebacivanja, veća je učinkovitost pretvorbe.Jednostavan prekidač može proizvesti kvadratni izlazni val koji može pokrenuti otporno opterećenje, ali s harmonicima, oštetit će složeniju elektroničku opremu koju napaja čista sinusna izmjenična struja.Stoga je dizajn pretvarača postao ključ ravnoteže.Na jednoj ruci,povećanjem frekvencije prebacivanja radi poboljšanja energetske učinkovitosti, radnog napona i proizvodnje električne energije, s druge strane,kako bi se smanjio trošak pomoćnih komponenti koje se koriste za izglađivanje pravokutnog vala.