Kodėl fotovoltinės energijos gamyba gali užimti pirmaujančią vietą atsinaujinančios energijos gamybos srityje?

Vartotojai, pramonės įmonės ir vyriausybės imasi priemonių, kad padidintų atsinaujinančios energijos naudojimą.Tai stumia elektros energijos gamybos ir paskirstymo sistemą iš centralizuotos centrų ir stipinų architektūros prie labiau tinkle pagrįstos vietinės elektros energijos gamybos ir vartojimo bei stabilios pasiūlos ir paklausos per išmaniųjų tinklų sujungimą.

Remiantis Tarptautinės energetikos agentūros (IEA) 2019 m. spalio mėn. kuro ataskaita,iki 2024 m. atsinaujinančios energijos gamyba padidės 50 proc..

Tai reiškia, kad pasauliniai atsinaujinančios energijos gamybos pajėgumai padidės 1200 GW, o tai prilygsta dabartinei JAV instaliuotai galiai.Ataskaitoje prognozuojama, kad 60% atsinaujinančios energijos gamybos padidėjimo bus saulės fotovoltinės įrangos forma.

Ataskaitoje taip pat pabrėžiama paskirstytų fotovoltinės energijos gamybos sistemų svarba, nes vartotojai, komerciniai pastatai ir pramonės objektai pradeda patys gaminti elektrą.Prognozuojama, kad iki 2024 m. paskirstyta fotovoltinės energijos gamyba padidės daugiau nei dvigubai iki daugiau nei 500 GW.Tai reiškia, kadpaskirstyta fotovoltinės energijos gamyba sudarys beveik pusę viso saulės fotovoltinės energijos gamybos augimo.

Saulės pranašumas

Kodėl saulės fotovoltinės energijos gamyba užima tokią pirmaujančią poziciją atsinaujinančios energijos gamybos augimo srityje?

Viena iš akivaizdžių priežasčių yra ta, kad saulė šviečia mums visiems, todėl jos energija yra plačiai naudojama.Tai priartina energijos gamybą prie energijos suvartojimo ir tiekia energiją į išjungtą tinklą, o tai ypač naudinga mažinant energijos paskirstymo nuostolius.

Kita akivaizdi priežastis yra tayra daug saulės energijos.Skaičiuojant, kiek energijos žemė gauna iš saulės, yra daug subtilių skirtumų.Nykščio taisyklė yra ta, kad vidutinis jūros lygis yra 1 kW viename kvadratiniame metre saulėtą dieną arba, kai atsižvelgiama į tokius veiksnius kaip dienos / nakties ciklas, kritimo kampas ir sezoniškumas, vidurkis yra vienam kvadratiniam metrui per dieną.M 6 kWh.

Saulės elementai naudoja fotoelektrinį efektą, kad krintanti šviesa paverstų elektros energija fotonų srauto pavidalu.Fotonus sugeria puslaidininkinės medžiagos, tokios kaip legiruotas silicis, o jų energija sužadina elektronus iš jų molekulinės ar atominės orbitos.Tada šie elektronai gali laisvai išsklaidyti energijos perteklių kaip šilumą ir grįžti į savo orbitą arba pasklisti į elektrodą ir tapti srovės dalimi, kad kompensuotų potencialų skirtumą, kurį jis sukuria ant elektrodo.

Kaip ir visų energijos konversijos procesų metu, ne visa į saulės elementus įvedama energija išleidžiama pageidaujama elektros energijos forma.Tiesą sakant, monokristalinio silicio saulės elementų energijos vartojimo efektyvumas jau daugelį metų svyruoja tarp 20% ir 25%.Tačiau saulės fotoelektros galimybės yra tokios didelės, kad mokslinių tyrimų komanda dešimtmečius dirbo, kad naudotų vis sudėtingesnes struktūras ir medžiagas, kad pagerintų ląstelių konversijos efektyvumą, kaip parodyta šioje NREL nuotraukoje.

Didesnis energijos vartojimo efektyvumas paprastai pasiekiamas naudojant kelias skirtingas medžiagas ir sudėtingesnius bei brangesnius gamybos metodus.

Daugelis saulės fotovoltinių prietaisų yra pagaminti iš įvairių formų kristalinio silicio arba plonų silicio plėvelių, kadmio telūrido arba vario indžio ir galio selenido, kurių konversijos efektyvumas yra 20–30%.Baterija yra įmontuota modulyje, o montuotojas gali naudoti šiuos modulius kaip pagrindinį įrenginį kurdamas saulės fotovoltinės energijos generavimo sistemą.

Energijos vartojimo efektyvumo iššūkis

Dėl fotovoltinės konversijos kilovatai saulės energijos, patenkančios į kiekvieną žemės paviršiaus kvadratinį metrą, paverčia 200–300 W elektros energijos.Žinoma, tai yra idealiomis sąlygomis.Tačiau konversijos efektyvumas gali sumažėti dėl šių priežasčių: lietaus, sniego ir dulkių, susikaupusių ant baterijos paviršiaus, puslaidininkinių medžiagų senėjimo įtakos ir padidėjusio atspalvio dėl aplinkos pokyčių, pvz., augmenijos augimo. arba naujų pastatų statyba.

Todėl realybė yra tokia, kad nors saulės energija yra nemokama, saulės energijos naudojimas naudingai elektros energijai gaminti reikalauja kruopščiai optimizuoti kiekvieną surinkimo, saugojimo ir galutinio pavertimo elektros energija etapą.Viena iš didžiausių galimybių pagerinti energijos vartojimo efektyvumą yra projektavimasinverteris, kuris paverčia saulės kolektorių masyvo (arba jo baterijos saugyklos) nuolatinę išvestį į kintamosios srovės srovę, skirtą tiesiogiai naudoti arba perduoti per tinklą.

Inverteris keičia nuolatinės srovės įvesties srovės poliškumą, kad ji būtų artima kintamosios srovės išėjimui.Kuo didesnis perjungimo dažnis, tuo didesnis konversijos efektyvumas.Paprastas jungiklis gali sukurti kvadratinės bangos išvestį, kuri gali sukelti varžinę apkrovą, tačiau esant harmonikoms, jis sugadins sudėtingesnę elektroninę įrangą, maitinamą grynos sinusinės bangos kintamosios srovės.Todėl inverterio konstrukcija tapo raktu į pusiausvyrą.Viena vertus,didinant perjungimo dažnį, siekiant pagerinti energijos vartojimo efektyvumą, darbo įtampą ir energijos gamybą, iš kitos pusės,siekiant sumažinti pagalbinių komponentų, naudojamų kvadratinei bangai išlyginti, kainą.