Consumidores, indústrias e governos estão todos a tomar medidas para aumentar a utilização de energias renováveis.Isto está a levar o sistema de produção e distribuição de energia de uma arquitectura hub-and-spoke centralizada para uma geração e consumo de energia localizados mais baseados na rede, e oferta e procura estáveis através da interligação de redes inteligentes.
De acordo com o relatório sobre combustíveis de outubro de 2019 da Agência Internacional de Energia (AIE),até 2024, a geração de energia renovável aumentará 50%.
Isto significa que a capacidade global de geração de energia renovável aumentará em 1200 GW, o que equivale à atual capacidade instalada dos Estados Unidos.O relatório prevê que 60% do aumento na geração de energia renovável será na forma de equipamentos solares fotovoltaicos.
O relatório também enfatiza a importância dos sistemas distribuídos de geração de energia fotovoltaica, à medida que consumidores, edifícios comerciais e instalações industriais começam a gerar eletricidade por conta própria.Prevê que até 2024, a geração distribuída de energia fotovoltaica mais que duplicará, para mais de 500 GW.Isso significa quea geração distribuída de energia fotovoltaica será responsável por quase metade do crescimento total da geração de energia solar fotovoltaica.
Vantagem solar
Por que a geração de energia solar fotovoltaica está assumindo uma posição de liderança no crescimento da geração de energia renovável?
Uma razão óbvia é que o sol brilha sobre todos nós, por isso a sua energia é amplamente utilizada.Isto aproxima a geração de energia do consumo de energia e entrega a energia ao ponto fora da rede, o que é particularmente útil para reduzir as perdas na distribuição de energia.
Outra razão óbvia é quehá muita energia solar.Existem muitas diferenças sutis no cálculo da quantidade de energia que a Terra recebe do sol.Uma regra prática é que o nível médio do mar é de 1kW por metro quadrado em um dia ensolarado, ou quando fatores como o ciclo dia/noite, ângulo de incidência e sazonalidade são considerados, a média é por metro quadrado por dia.M 6 kWh.
As células solares usam o efeito fotoelétrico para converter a luz incidente em energia elétrica na forma de um fluxo de fótons.Os fótons são absorvidos por materiais semicondutores, como o silício dopado, e sua energia excita os elétrons de seus orbitais moleculares ou atômicos.Esses elétrons ficam então livres para dissipar o excesso de energia na forma de calor e retornar à sua órbita, ou se espalhar para o eletrodo e se tornar parte da corrente para compensar a diferença de potencial que ela cria no eletrodo.
Tal como acontece com todos os processos de conversão de energia, nem toda a energia que entra nas células solares é produzida na forma preferida de energia elétrica.Na verdade, a eficiência energética das células solares de silício monocristalino tem oscilado entre 20% e 25% há muitos anos.No entanto, a oportunidade para a energia solar fotovoltaica é tão grande que a equipa de investigação trabalha há décadas para utilizar estruturas e materiais cada vez mais complexos para melhorar a eficiência de conversão das células, como mostra esta imagem do NREL.
Alcançar a maior eficiência energética mostrada geralmente ocorre às custas do uso de vários materiais diferentes e de técnicas de fabricação mais complexas e caras.
Muitos dispositivos solares fotovoltaicos são baseados em várias formas de silício cristalino ou filmes finos de silício, telureto de cádmio ou seleneto de cobre, índio e gálio, com uma eficiência de conversão de 20% a 30%.A bateria está embutida no módulo, e o instalador pode utilizar esses módulos como unidade básica para construir um sistema de geração de energia solar fotovoltaica.
Desafio de eficiência energética
A conversão fotovoltaica converte quilowatts de energia solar incidentes em cada metro quadrado da superfície terrestre em 200 a 300 W de energia elétrica.Claro, isso ocorre em condições ideais.No entanto, a eficiência de conversão pode ser reduzida devido aos seguintes motivos: chuva, neve e poeira depositada na superfície da bateria, influência do envelhecimento dos materiais semicondutores e aumento da sombra devido a mudanças ambientais, como o crescimento da vegetação ou a construção de novos edifícios.
Portanto, a realidade é que embora a energia solar seja gratuita, o uso da energia solar para gerar energia elétrica útil requer uma otimização cuidadosa de cada etapa de coleta, armazenamento e conversão final em energia elétrica.Uma das maiores oportunidades para melhorar a eficiência energética é a concepção doinversor, que converte a saída CC do painel solar (ou seu armazenamento de bateria) em corrente CA para uso direto ou transmissão através da rede.
O inversor altera a polaridade da corrente de entrada CC para aproximá-la da saída CA.Quanto maior a frequência de comutação, maior será a eficiência de conversão.Um interruptor simples pode produzir uma saída de onda quadrada que pode acionar uma carga resistiva, mas com harmônicos, danificará equipamentos eletrônicos mais complexos alimentados por CA de onda senoidal pura.Portanto, o design do inversor tornou-se a chave para o equilíbrio.Por um lado,aumentando a frequência de comutação para melhorar a eficiência energética, a tensão operacional e a geração de energia, por outro lado,para minimizar o custo dos componentes auxiliares usados para suavizar a onda quadrada.
16/04/2021
