なぜ太陽光発電は再生可能エネルギー発電の主役になれるのでしょうか？

消費者、業界、政府はすべて、再生可能エネルギーの利用を増やすための対策を講じています。これにより、発電および配電システムが集中型のハブアンドスポークアーキテクチャから、よりグリッドベースの局所的な発電と消費、およびスマートグリッド相互接続による安定した供給と需要へと推進されています。

国際エネルギー機関 (IEA) の 2019 年 10 月の燃料報告書によると、2024 年までに再生可能エネルギーの発電量は 50% 増加する.

これは、世界の再生可能エネルギーの発電容量が 1,200GW 増加することを意味し、これは米国の現在の設置容量に相当します。この報告書は、再生可能エネルギー発電量の増加の 60% が太陽光発電設備によるものになると予測しています。

同報告書はまた、消費者、商業ビル、産業施設が自力で発電し始めていることから、分散型太陽光発電システムの重要性も強調している。2024年までに分散型太陽光発電は2倍以上の500GW以上になると予測している。この意味は分散型太陽光発電は太陽光発電全体の伸びのほぼ半分を占める.

太陽光発電の利点

なぜ太陽光発電は再生可能エネルギー発電の成長において主導的な地位を占めているのでしょうか。

明らかな理由の 1 つは、太陽が私たち全員を照らしているため、そのエネルギーが広く利用されているということです。これにより、発電量が消費電力に近づき、オフグリッドポイントに電力が供給されるため、配電損失の削減に特に役立ちます。

もう一つの明白な理由は、太陽エネルギーがたくさんある。地球が太陽から受け取るエネルギーの量の計算には、多くの微妙な違いがあります。経験則では、晴れた日の平均海面は 1 平方メートルあたり 1kW です。昼夜サイクル、入射角、季節性などの要因を考慮すると、平均は 1 日あたり平方メートルあたりになります。M 6kWh。

太陽電池は、光電効果を利用して入射光を光子の流れの形で電気エネルギーに変換します。光子は、ドープされたシリコンなどの半導体材料に吸収され、そのエネルギーによって分子軌道または原子軌道から電子が励起されます。これらの電子は、過剰なエネルギーを熱として自由に放散して軌道に戻るか、電極に広がって電流の一部となり、電極に生じる電位差を相殺します。

すべてのエネルギー変換プロセスと同様、太陽電池に入力されたすべてのエネルギーが電気エネルギーの好ましい形式で出力されるわけではありません。実際、単結晶シリコン太陽電池のエネルギー効率は長年にわたり 20% ～ 25% の間で推移しています。しかし、太陽光発電のチャンスは非常に大きいため、研究チームは、NRELのこの写真に示されているように、ますます複雑な構造と材料を使用してセルの変換効率を向上させることに何十年も取り組んできました。

示されているより高いエネルギー効率を達成するには、通常、複数の異なる材料を使用し、より複雑で高価な製造技術を使用する必要があります。

多くの太陽光発電デバイスは、さまざまな形態の結晶シリコンまたはシリコンの薄膜、テルル化カドミウム、またはセレン化銅インジウムガリウムをベースにしており、変換効率は 20% ～ 30% です。モジュールには電池が内蔵されており、設置者はこのモジュールを基本ユニットとして太陽光発電システムを構築できます。

エネルギー効率の課題

光電変換は、地表の 1 平方メートルごとに入射するキロワットの太陽エネルギーを 200 ～ 300 W の電気エネルギーに変換します。もちろん、これは理想的な条件下での話です。ただし、雨や雪、電池表面に付着した塵埃、半導体材料の経年変化による影響、草木の生い茂りなどの環境変化による日陰の増加などの理由により、変換効率が低下する場合があります。または新しい建物の建設。

したがって、現実には、太陽エネルギーは無料ですが、太陽エネルギーを利用して有用な電気エネルギーを生成するには、収集、貯蔵、および最終的な電気エネルギーへの変換の各段階を慎重に最適化する必要があります。エネルギー効率を向上させる最大の機会の 1 つは、インバータ、太陽電池アレイ (またはその蓄電池) の DC 出力を AC 電流に変換し、直接使用したり、グリッドを介して送電したりできます。

インバータは DC 入力電流の極性を変更して、AC 出力に近づけます。スイッチング周波数が高いほど、変換効率は高くなります。単純なスイッチは、抵抗負荷を駆動できる方形波出力を生成できますが、高調波により、純粋な正弦波 AC で駆動されるより複雑な電子機器に損傷を与える可能性があります。したがって、インバータの設計がバランスの鍵となります。一方では、スイッチング周波数を高めてエネルギー効率、動作電圧、発電量を向上させる、 一方で、方形波を平滑化するために使用される補助コンポーネントのコストを最小限に抑えるため.