Mengapakah penjanaan kuasa fotovoltaik boleh menduduki kedudukan utama dalam penjanaan kuasa tenaga boleh diperbaharui?

Pengguna, industri dan kerajaan semuanya mengambil langkah untuk meningkatkan penggunaan tenaga boleh diperbaharui.Ini mendorong penjanaan kuasa dan sistem pengagihan daripada seni bina hab-dan-jejari berpusat kepada penjanaan dan penggunaan kuasa setempat yang lebih berasaskan grid, serta bekalan dan permintaan yang stabil melalui sambungan grid pintar.

Menurut laporan bahan api Agensi Tenaga Antarabangsa (IEA) Oktober 2019,menjelang 2024, penjanaan tenaga boleh diperbaharui akan meningkat sebanyak 50%.

Ini bermakna kapasiti penjanaan tenaga boleh diperbaharui global akan meningkat sebanyak 1200GW, yang bersamaan dengan kapasiti terpasang semasa Amerika Syarikat.Laporan itu meramalkan bahawa 60% daripada peningkatan penjanaan tenaga boleh diperbaharui adalah dalam bentuk peralatan fotovoltaik solar.

Laporan itu juga menekankan kepentingan sistem penjanaan kuasa fotovoltaik teragih, kerana pengguna, bangunan komersial dan kemudahan perindustrian mula menjana elektrik sendiri.Ia meramalkan bahawa menjelang 2024, penjanaan kuasa fotovoltaik teragih akan lebih daripada dua kali ganda kepada lebih daripada 500 GW.Ini bermakna bahawapenjanaan kuasa fotovoltaik teragih akan menyumbang hampir separuh daripada jumlah pertumbuhan penjanaan kuasa fotovoltaik suria.

Kelebihan solar

Mengapakah penjanaan kuasa fotovoltaik suria mengambil kedudukan utama dalam pertumbuhan penjanaan tenaga boleh diperbaharui?

Satu sebab yang jelas ialah matahari menyinari kita semua, jadi tenaganya digunakan secara meluas.Ini mendekatkan penjanaan kuasa kepada penggunaan kuasa dan menghantar kuasa ke titik luar grid, yang amat berguna untuk mengurangkan kehilangan pengagihan kuasa.

Satu lagi sebab yang jelas ialah ituterdapat banyak tenaga suria.Terdapat banyak perbezaan halus dalam mengira berapa banyak tenaga yang diterima bumi daripada matahari.Peraturan biasa ialah purata paras laut ialah 1kW bagi setiap meter persegi pada hari yang cerah, atau apabila faktor seperti kitaran siang/malam, sudut kejadian dan kemusim dipertimbangkan, puratanya adalah bagi setiap meter persegi sehari.M 6kWj.

Sel suria menggunakan kesan fotoelektrik untuk menukar cahaya kejadian kepada tenaga elektrik dalam bentuk aliran foton.Foton diserap oleh bahan semikonduktor seperti silikon terdop, dan tenaga mereka menguja elektron daripada orbital molekul atau atomnya.Elektron ini kemudiannya bebas untuk menghilangkan tenaga yang berlebihan sebagai haba dan kembali ke orbitnya, atau merebak ke elektrod dan menjadi sebahagian daripada arus untuk mengimbangi beza keupayaan yang dihasilkannya pada elektrod.

Seperti semua proses penukaran tenaga, tidak semua input tenaga ke sel suria adalah output dalam bentuk tenaga elektrik pilihan.Malah, kecekapan tenaga sel suria silikon monohabluran telah berlegar antara 20% dan 25% selama bertahun-tahun.Walau bagaimanapun, peluang untuk fotovoltaik solar adalah sangat besar sehingga pasukan penyelidik telah bekerja selama beberapa dekad untuk menggunakan struktur dan bahan yang semakin kompleks untuk meningkatkan kecekapan penukaran sel, seperti yang ditunjukkan dalam gambar ini oleh NREL.

Mencapai kecekapan tenaga yang lebih tinggi yang ditunjukkan biasanya dengan mengorbankan penggunaan pelbagai bahan yang berbeza dan teknik pembuatan yang lebih kompleks dan mahal.

Banyak peranti fotovoltaik suria adalah berdasarkan pelbagai bentuk silikon kristal atau filem nipis silikon, telurida kadmium atau indium gallium selenide tembaga, dengan kecekapan penukaran 20% hingga 30%.Bateri dibina dalam modul, dan pemasang boleh menggunakan modul ini sebagai unit asas untuk membina sistem penjanaan kuasa fotovoltaik suria.

Cabaran kecekapan tenaga

Penukaran fotovoltaik menukarkan kilowatt kejadian tenaga suria pada setiap meter persegi permukaan bumi kepada 200 hingga 300 W tenaga elektrik.Sudah tentu, ini berada di bawah keadaan yang ideal.Walau bagaimanapun, kecekapan penukaran mungkin dikurangkan disebabkan oleh sebab berikut: hujan, salji dan habuk yang dimendapkan pada permukaan bateri, pengaruh penuaan bahan semikonduktor, dan peningkatan naungan akibat perubahan persekitaran seperti pertumbuhan tumbuh-tumbuhan. atau pembinaan bangunan baru.

Oleh itu, realitinya ialah walaupun tenaga suria adalah percuma, penggunaan tenaga suria untuk menjana tenaga elektrik yang berguna memerlukan pengoptimuman yang teliti bagi setiap peringkat pengumpulan, penyimpanan dan penukaran akhir kepada tenaga elektrik.Salah satu peluang terbesar untuk meningkatkan kecekapan tenaga ialah reka bentukpenyongsang, yang menukarkan output DC tatasusunan suria (atau storan baterinya) kepada arus AC untuk kegunaan terus atau penghantaran melalui grid.

Penyongsang menukar kekutuban arus masukan DC untuk menjadikannya dekat dengan keluaran AC.Semakin tinggi frekuensi pensuisan, semakin tinggi kecekapan penukaran.Suis ringkas boleh menghasilkan output gelombang persegi yang boleh memacu beban rintangan, tetapi dengan harmonik, ia akan merosakkan peralatan elektronik yang lebih kompleks yang dikuasakan oleh AC gelombang sinus tulen.Oleh itu, reka bentuk penyongsang telah menjadi kunci kepada keseimbangan.Di satu pihak,meningkatkan frekuensi pensuisan untuk meningkatkan kecekapan tenaga, voltan operasi dan penjanaan kuasa, sebaliknya,untuk meminimumkan kos komponen tambahan yang digunakan untuk melicinkan gelombang persegi.