Af hverju raforkuframleiðsla getur gegnt leiðandi stöðu í raforkuframleiðslu endurnýjanlegrar orku?

Neytendur, iðnaður og stjórnvöld grípa öll til aðgerða til að auka notkun endurnýjanlegrar orku.Þetta er að ýta orkuframleiðslu og dreifikerfi frá miðstýrðri miðstöð-og-tala arkitektúr yfir í nettengda staðbundna orkuframleiðslu og -notkun og stöðugt framboð og eftirspurn í gegnum snjallnetsamtengingu.

Samkvæmt eldsneytisskýrslu Alþjóðaorkumálastofnunarinnar (IEA) október 2019,árið 2024 mun endurnýjanleg orkuframleiðsla aukast um 50%.

Þetta þýðir að heildargeta endurnýjanlegrar orku á heimsvísu mun aukast um 1200GW, sem jafngildir núverandi uppsettu afli Bandaríkjanna.Í skýrslunni er því spáð að 60% af aukningu í endurnýjanlegri orkuframleiðslu verði í formi sólarljósatækja.

Í skýrslunni er einnig lögð áhersla á mikilvægi dreifðra raforkuframleiðslukerfa þar sem neytendur, atvinnuhúsnæði og iðnaðarmannvirki byrja að framleiða rafmagn á eigin spýtur.Það spáir því að árið 2024 muni dreifð raforkuframleiðsla meira en tvöfaldast í meira en 500 GW.Þetta þýðir aðdreifð ljósaorkuframleiðsla mun standa undir næstum helmingi af heildarvexti sólarljósaorkuframleiðslu.

Sólarforskot

Hvers vegna tekur sólarljósorkuframleiðsla svona leiðandi stöðu í vexti endurnýjanlegrar orkuframleiðslu?

Ein augljós ástæða er sú að sólin skín á okkur öll og því er orka hennar mikið notuð.Þetta færir raforkuframleiðsluna nær orkunotkuninni og skilar aflinu á stað utan nets, sem er sérstaklega gagnlegt til að draga úr tapi á orkudreifingu.

Önnur augljós ástæða er súþað er mikil sólarorka.Það er mikill lúmskur munur á því að reikna út hversu mikla orku jörðin fær frá sólinni.Þumalputtaregla er að meðalsjávarborð sé 1kW á fermetra á sólríkum degi, eða þegar litið er til þátta eins og dag/næturlotu, atvikshorns og árstíðarsveiflu er meðaltalið á fermetra á dag.M 6kWh.

Sólarsellur nota ljósrafmagnsáhrifin til að breyta innfallandi ljósi í raforku í formi ljóseindastraums.Ljóseindir frásogast af hálfleiðurum eins og dópaður sílikon og orka þeirra örvar rafeindir úr sameinda- eða atómsvigrúmum þeirra.Þessum rafeindum er síðan frjálst að dreifa umframorkunni sem hita og fara aftur á braut sína, eða dreifa sér til rafskautsins og verða hluti af straumnum til að vega upp á móti hugsanlegum mun sem það skapar á rafskautinu.

Eins og með öll orkuumbreytingarferli er ekki öll orka inn í sólarsellur framleidd í æskilegu formi raforku.Reyndar hefur orkunýtni einkristallaðra sílikonsólfrumna verið á milli 20% og 25% í mörg ár.Tækifærin fyrir sólarljós eru hins vegar svo mikil að rannsóknarhópurinn hefur unnið í áratugi að því að nota sífellt flóknari mannvirki og efni til að bæta skilvirkni frumubreytingar, eins og sést á þessari mynd af NREL.

Að ná meiri orkunýtni sem sýnd er er venjulega á kostnað þess að nota mörg mismunandi efni og flóknari og dýrari framleiðslutækni.

Mörg sólarljósljósatæki eru byggð á ýmsum gerðum kristallaðs kísils eða þunnra filma af kísil, kadmíumtellúríði eða koparindíumgallíumseleníði, með umbreytingarnýtni upp á 20% til 30%.Rafhlaðan er innbyggð í einingunni og uppsetningaraðilinn getur notað þessar einingar sem grunneiningu til að byggja upp sólarljósaorkuframleiðslukerfi.

Áskorun um orkunýtingu

Ljósvökvabreyting breytir kílóvöttum af sólarorku sem fellur á hvern fermetra af yfirborði jarðar í 200 til 300 W af raforku.Auðvitað er þetta við kjöraðstæður.Hins vegar getur umbreytingarhagkvæmni minnkað af eftirfarandi ástæðum: rigningu, snjó og ryki sem sett er á yfirborð rafhlöðunnar, áhrifum öldrunar hálfleiðaraefna og aukins skugga vegna umhverfisbreytinga eins og gróðurvaxtar. eða byggingu nýrra bygginga.

Þess vegna er raunveruleikinn sá að þó að sólarorka sé ókeypis, krefst notkun sólarorku til að búa til gagnlega raforku vandlega hagræðingu á hverju stigi söfnunar, geymslu og endanlegrar umbreytingar í raforku.Eitt af stærstu tækifærunum til að bæta orkunýtingu er hönnun áinverter, sem breytir DC framleiðsla sólargeimsins (eða rafhlöðugeymslu þess) í AC straum til beinnar notkunar eða sendingar í gegnum netið.

Inverterinn breytir pólun DC inntaksstraumsins til að gera hann nálægt AC úttakinu.Því hærra sem skiptitíðnin er, því meiri skilvirkni umbreytingarinnar.Einfaldur rofi getur framleitt ferhyrningsbylgjuúttak sem getur knúið viðnámsálag, en með harmonikum mun það skemma flóknari rafeindabúnað sem knúinn er af hreinu sinusbylgju AC.Þess vegna hefur inverter hönnun orðið lykillinn að jafnvægi.Hinsvegar,auka skiptitíðni til að bæta orkunýtingu, rekstrarspennu og orkuframleiðslu, á hinn bóginn,til að lágmarka kostnað við hjálparíhluti sem notaðir eru til að jafna ferhyrningsbylgjuna.