Miért foglalhat el vezető szerepet a fotovoltaikus energiatermelés a megújuló energiatermelésben?

A fogyasztók, az iparágak és a kormányok mind intézkedéseket tesznek a megújuló energia felhasználásának növelése érdekében.Ez az áramtermelő és -elosztó rendszert a központosított hub-and-spoke architektúrából egy inkább hálózatalapú, lokális energiatermelés és -fogyasztás, valamint az intelligens hálózati összekapcsolás révén stabil kereslet és kínálat felé tolja.

A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) 2019. októberi üzemanyagjelentése szerint2024-re a megújuló energiatermelés 50%-kal nő.

Ez azt jelenti, hogy a globális megújulóenergia-termelési kapacitás 1200 GW-tal nő, ami megfelel az Egyesült Államok jelenlegi beépített kapacitásának.A jelentés előrejelzése szerint a megújuló energiatermelés növekedésének 60%-a napelemes fotovoltaikus berendezések formájában valósul meg.

A jelentés hangsúlyozza az elosztott fotovoltaikus energiatermelő rendszerek fontosságát is, mivel a fogyasztók, a kereskedelmi épületek és az ipari létesítmények önállóan kezdenek áramot termelni.Az előrejelzések szerint 2024-re az elosztott fotovoltaikus energiatermelés több mint kétszeresére, több mint 500 GW-ra nő.Ez azt jelentiAz elosztott fotovoltaikus energiatermelés a napelemes fotovoltaikus energiatermelés teljes növekedésének közel felét teszi ki.

Napelemes előny

Miért foglal el ilyen vezető szerepet a napelemes fotovoltaikus energiatermelés a megújuló energiatermelés növekedésében?

Ennek egyik nyilvánvaló oka az, hogy a nap mindannyiunkra süt, így energiáját széles körben használják fel.Ez közelebb hozza az áramtermelést az energiafogyasztáshoz, és az áramot a hálózaton kívüli pontra szállítja, ami különösen hasznos az energiaelosztási veszteségek csökkentésében.

A másik nyilvánvaló ok azsok a napenergia.Sok finom különbség van annak kiszámításában, hogy a Föld mennyi energiát kap a Naptól.Ökölszabály, hogy az átlagos tengerszint 1 kW/m2 egy napsütéses napon, vagy ha olyan tényezőket vesszük figyelembe, mint a nappali/éjszaka ciklus, a beesési szög és a szezonalitás, az átlag napi négyzetméter.M 6 kWh.

A napelemek a fotoelektromos hatást használják arra, hogy a beeső fényt fotonáram formájában elektromos energiává alakítsák.A fotonokat félvezető anyagok, például adalékolt szilícium abszorbeálják, és energiájuk gerjeszti az elektronokat molekuláris vagy atomi pályájukról.Ezek az elektronok azután szabadon elvezethetik a felesleges energiát hőként, és visszatérhetnek pályájára, vagy az elektródára terjedve az áram részévé válnak, hogy ellensúlyozzák az elektródán létrehozott potenciálkülönbséget.

Mint minden energiaátalakítási folyamat esetében, a napelemekbe bevitt összes energia nem az előnyben részesített elektromos energia formájában történik.Valójában a monokristályos szilícium napelemek energiahatékonysága évek óta 20% és 25% között mozog.A napelemes fotovoltaikának azonban akkora a lehetősége, hogy a kutatócsoport évtizedek óta dolgozik azon, hogy egyre bonyolultabb szerkezeteket és anyagokat alkalmazzanak a cellakonverziós hatékonyság javítására, amint azt ezen a képen az NREL is mutatja.

A bemutatott magasabb energiahatékonyság elérése általában többféle anyag felhasználásának, valamint bonyolultabb és költségesebb gyártási technikáknak a rovására megy.

Sok napelemes fotovoltaikus eszköz a kristályos szilícium különböző formáira vagy vékony szilícium filmekre, kadmium-telluridra vagy réz-indium-gallium-szelenidre épül, 20-30%-os konverziós hatásfokkal.Az akkumulátor a modulba van beépítve, és a telepítő ezeket a modulokat alapegységként használhatja a napelemes fotovoltaikus energiatermelő rendszer kiépítéséhez.

Energiahatékonysági kihívás

A fotovoltaikus átalakítás a Föld minden négyzetméterére eső kilowatt napenergiát 200-300 W elektromos energiává alakítja.Természetesen ez ideális körülmények között történik.Az átalakítás hatékonysága azonban csökkenhet a következő okok miatt: eső, hó és por rakódott le az akkumulátor felületére, a félvezető anyagok öregedésének hatása, valamint a környezeti változások, például a növényzet növekedése miatti megnövekedett árnyék vagy új épületek építése.

Ezért a valóság az, hogy bár a napenergia ingyenes, a napenergia hasznos elektromos energia előállítására való felhasználása gondos optimalizálást igényel a gyűjtés, tárolás és végső elektromos energiává alakítás minden egyes szakaszában.Az energiahatékonyság javításának egyik legnagyobb lehetősége a tervezésinverter, amely a napelemsor (vagy akkumulátortárolója) egyenáramú kimenetét AC árammá alakítja át közvetlen felhasználásra vagy a hálózaton keresztüli átvitelre.

Az inverter megváltoztatja a DC bemeneti áram polaritását, hogy az közel kerüljön az AC kimenethez.Minél magasabb a kapcsolási frekvencia, annál nagyobb a konverziós hatékonyság.Egy egyszerű kapcsoló négyszöghullámú kimenetet tud előállítani, amely ellenálló terhelést tud hajtani, de harmonikusokkal károsítja a bonyolultabb, tiszta szinuszhullámú váltakozó áramú elektromos berendezéseket.Ezért az inverter tervezése az egyensúly kulcsává vált.Egyrészt,a kapcsolási frekvencia növelése az energiahatékonyság, az üzemi feszültség és az energiatermelés javítása érdekében, másrészről,hogy minimalizáljuk a négyszöghullám simításához használt segédalkatrészek költségét.