რატომ შეიძლება დაიკავოს ფოტოელექტრული ელექტროენერგიის გამომუშავება განახლებადი ენერგიის გამომუშავებაში წამყვანი პოზიცია?

მომხმარებლები, ინდუსტრიები და მთავრობები იღებენ ზომებს განახლებადი ენერგიის გამოყენების გაზრდის მიზნით.ეს უბიძგებს ელექტროენერგიის გამომუშავებისა და განაწილების სისტემას ცენტრალიზებული კვანძისა და სპიკერის არქიტექტურიდან უფრო ქსელზე დაფუძნებულ ლოკალიზებულ ელექტროენერგიის გამომუშავებასა და მოხმარებაზე და სტაბილურ მიწოდებასა და მოთხოვნაზე ჭკვიანი ქსელის ურთიერთდაკავშირების გზით.

ენერგეტიკის საერთაშორისო სააგენტოს (IEA) 2019 წლის ოქტომბრის საწვავის ანგარიშის მიხედვით,2024 წლისთვის განახლებადი ენერგიის გამომუშავება 50%-ით გაიზრდება.

ეს ნიშნავს, რომ გლობალური განახლებადი ენერგიის გამომუშავების სიმძლავრე გაიზრდება 1200 გიგავატით, რაც უდრის შეერთებული შტატების ამჟამინდელ დადგმულ სიმძლავრეს.ანგარიში პროგნოზირებს, რომ განახლებადი ენერგიის გამომუშავების ზრდის 60% მზის ფოტოელექტრული აღჭურვილობის სახით იქნება.

ანგარიშში ასევე ხაზგასმულია განაწილებული ფოტოელექტრული ელექტროენერგიის წარმოების სისტემების მნიშვნელობა, რადგან მომხმარებლები, კომერციული შენობები და სამრეწველო ობიექტები იწყებენ ელექტროენერგიის დამოუკიდებლად გამომუშავებას.იგი პროგნოზირებს, რომ 2024 წლისთვის განაწილებული ფოტოელექტრული ელექტროენერგიის გამომუშავება გაორმაგდება და 500 გვტ-ზე მეტს შეადგენს.Ეს ნიშნავს რომგანაწილებული ფოტოელექტრული ელექტროენერგიის გამომუშავება იქნება მზის ფოტოელექტრული ენერგიის წარმოების მთლიანი ზრდის თითქმის ნახევარი..

მზის უპირატესობა

რატომ იკავებს მზის ფოტოელექტრული ელექტროენერგიის წარმოებას ასეთი წამყვან პოზიციას განახლებადი ენერგიის გამომუშავების ზრდაში?

ერთი აშკარა მიზეზი ის არის, რომ მზე ანათებს ყველა ჩვენგანს, ამიტომ მისი ენერგია ფართოდ გამოიყენება.ეს აახლოებს ელექტროენერგიის გამომუშავებას ენერგიის მოხმარებასთან და აწვდის ენერგიას ქსელის მიღმა წერტილამდე, რაც განსაკუთრებით სასარგებლოა ენერგიის განაწილების დანაკარგების შესამცირებლად.

კიდევ ერთი აშკარა მიზეზი არის ისარის ბევრი მზის ენერგია.ბევრი დახვეწილი განსხვავებაა იმის გამოთვლაში, თუ რამდენ ენერგიას იღებს დედამიწა მზისგან.პრაქტიკული წესია, რომ ზღვის საშუალო დონე არის 1 კვტ კვადრატულ მეტრზე მზიან დღეს, ან როდესაც გათვალისწინებულია ისეთი ფაქტორები, როგორიცაა დღე/ღამის ციკლი, ინციდენტის კუთხე და სეზონურობა, საშუალო არის კვადრატულ მეტრზე დღეში.მ 6კვტ.სთ.

მზის უჯრედები იყენებენ ფოტოელექტრიკულ ეფექტს, რათა გარდაიქმნას შემხვედრი შუქი ელექტრო ენერგიად ფოტონების ნაკადის სახით.ფოტონები შეიწოვება ნახევარგამტარული მასალებით, როგორიცაა დოპირებული სილიციუმი, და მათი ენერგია აღაგზნებს ელექტრონებს მათი მოლეკულური ან ატომური ორბიტალებიდან.შემდეგ ეს ელექტრონები თავისუფლად ანაწილებენ ჭარბ ენერგიას სითბოს სახით და დაბრუნდებიან მის ორბიტაზე, ან გავრცელდებიან ელექტროდზე და გახდებიან დენის ნაწილი, რათა შეცვალონ ელექტროდზე შექმნილი პოტენციური სხვაობა.

ისევე როგორც ყველა ენერგიის გარდაქმნის პროცესში, მზის უჯრედებში შეტანილი ყველა ენერგია არ არის გამომავალი ელექტრო ენერგიის სასურველი ფორმით.ფაქტობრივად, მონოკრისტალური სილიკონის მზის უჯრედების ენერგოეფექტურობა მრავალი წლის განმავლობაში მოძრაობს 20%-დან 25%-მდე.თუმცა, მზის ფოტოელექტროსადგურების შესაძლებლობა იმდენად დიდია, რომ კვლევითი ჯგუფი ათწლეულების განმავლობაში მუშაობდა უფრო რთული სტრუქტურებისა და მასალების გამოყენებაზე უჯრედების კონვერტაციის ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად, როგორც ეს ნაჩვენებია NREL-ის ამ სურათზე.

ნაჩვენები უფრო მაღალი ენერგოეფექტურობის მიღწევა ჩვეულებრივ ხდება მრავალი განსხვავებული მასალისა და უფრო რთული და ძვირადღირებული წარმოების ტექნიკის გამოყენების ხარჯზე.

ბევრი მზის ფოტოელექტრული მოწყობილობა დაფუძნებულია კრისტალური სილიციუმის სხვადასხვა ფორმებზე ან სილიციუმის, კადმიუმის ტელურიდის ან სპილენძის ინდიუმის გალიუმის სელენიდის თხელ ფენებზე, კონვერტაციის ეფექტურობით 20%-დან 30%-მდე.ბატარეა ჩაშენებულია მოდულში და ინსტალერს შეუძლია გამოიყენოს ეს მოდულები, როგორც ძირითადი ერთეული მზის ფოტოელექტრული ენერგიის წარმოების სისტემის ასაშენებლად.

ენერგოეფექტურობის გამოწვევა

ფოტოელექტრული კონვერტაცია გარდაქმნის კილოვატ მზის ენერგიას დედამიწის ზედაპირის ყოველ კვადრატულ მეტრზე 200-დან 300 ვტ ელექტრო ენერგიად.რა თქმა უნდა, ეს არის იდეალურ პირობებში.თუმცა, კონვერტაციის ეფექტურობა შეიძლება შემცირდეს შემდეგი მიზეზების გამო: წვიმა, თოვლი და მტვერი დეპონირდება ბატარეის ზედაპირზე, ნახევარგამტარული მასალების დაბერების გავლენა და გაზრდილი ჩრდილი გარემოს ცვლილებების გამო, როგორიცაა მცენარეულობის ზრდა. ან ახალი შენობების მშენებლობა.

მაშასადამე, რეალობა ისაა, რომ მიუხედავად იმისა, რომ მზის ენერგია უფასოა, მზის ენერგიის გამოყენება სასარგებლო ელექტრო ენერგიის გამომუშავებისთვის მოითხოვს შეგროვების, შენახვისა და საბოლოო გადაქცევის ყოველი ეტაპის ფრთხილად ოპტიმიზაციას ელექტრო ენერგიად.ენერგოეფექტურობის გაუმჯობესების ერთ-ერთი ყველაზე დიდი შესაძლებლობა არის დიზაინიინვერტორი, რომელიც გარდაქმნის მზის მასივის DC გამომავალს (ან მისი ბატარეის შესანახად) AC დენად პირდაპირი გამოყენებისთვის ან ქსელის მეშვეობით გადაცემისთვის.

ინვერტორი ცვლის DC შეყვანის დენის პოლარობას, რათა ის მიუახლოვდეს AC გამომავალს.რაც უფრო მაღალია გადართვის სიხშირე, მით უფრო მაღალია კონვერტაციის ეფექტურობა.უბრალო გადამრთველს შეუძლია კვადრატული ტალღის გამომავალი გამომუშავება, რომელსაც შეუძლია აღმართოს რეზისტენტული დატვირთვა, მაგრამ ჰარმონიულობით ის დააზიანებს უფრო რთულ ელექტრონულ აღჭურვილობას, რომელიც იკვებება სუფთა სინუსური ტალღის AC-ით.ამიტომ, ინვერტორული დიზაინი ბალანსის გასაღები გახდა.Ერთის მხრივ,გადართვის სიხშირის გაზრდა ენერგოეფექტურობის, საოპერაციო ძაბვისა და ენერგიის გამომუშავების გასაუმჯობესებლად, მეორეს მხრივ,კვადრატული ტალღის გასასწორებლად გამოყენებული დამხმარე კომპონენტების ღირებულების მინიმუმამდე შემცირება.